Юный техник, 2012 № 02

ВЕСТИ ИЗ ЛАБОРАТОРИЙ Кремний — соперник графена

Вспомним для начала, что кремний в периодической таблице Менделеева стоит под углеродом, а значит, имеет много сходных свойств. Поэтому после того как в 2004 году Андрэ Гейм и Константин Новоселов впервые получили пленки графена, некоторые исследователи предположили, что похожие структуры можно получать и из кремния. И вот теперь материал, во многом похожий на графен, но только из кремния, создали японские исследователи. При этом атомы располагаются в решетке в виде шестиугольных сот, как и в графене. В естественных условиях никто такую сотовую конфигурацию атомов не наблюдал — кремний не формирует необходимые атомные связи. Однако теоретически такое вполне возможно. Поэтому название материалу, первое время существовавшему лишь на кончике пера, все же придумали. Его назвали силицен.

А в конце 2011 года Антуан Флёранс и его коллеги из Национального института науки и техники Японии (JAIST) на встрече Американского физического общества доложили, что им удалось вырастить пленки из атомов кремния на подложке из диборида циркония (керамический материал).

Рентгеновское исследование полученных структур показало, что атомы образуют такую же ячеистую структуру из шестиугольников, как и графен.

Графен имеет отличные свойства: электроны в нем обладают высокой подвижностью. Но современная электроника десятилетиями работала с кремнием, а потому исследователи видели прямой смысл поработать над созданием кремниевого аналога графена.

Попытка удалась. Причем еще раньше, чем в Японии, наноленты из атомов кремния получили физики университета Прованса (Франция). Но то были образования шириной 1,6 нанометра и длиной несколько сотен нанометров, и к тому же ученые вырастили их на подложке из серебра, то есть на проводящем материале, что затрудняло исследование электронных свойств силицена.

Теперь же изучать их будет проще. Правда, соревноваться силицену с графеном все равно пока трудно. Во-первых, получить пленки из углеродных атомов легче. Во-вторых, исследователи, которые работают с графеном, тоже не собираются почивать на лаврах. Так, недавно ученые из университета штата Иллинойс обнаружили, что транзисторы, в которых используется графен, обладают интересным свойством. В них проявляется термоэлектрический эффект, приводящий к понижению температуры прибора.

Ленты из атомов кремния (показаны белым цветом) на подложке из атомов серебра.

В настоящее время на пути микроминиатюризации кремниевых микросхем стоит фундаментальное препятствие — плотность размещения элементов приблизилась к температурному пределу, когда эффективный отвод тепла становится невозможен. Приходится использовать радиаторы, вентиляторы, водяные системы охлаждения — расходуя на их работу дополнительную энергию, увеличивая габариты электронных устройств.

А вот чипы из графена смогут работать без дополнительного охлаждения. Таким образом, привлекательность графена в качестве перспективного материала для микросхем будущего дополнительно возрастает.