Группа исследователей под руководством физиков из Университета Калифорнии обнаружила интересное свойство двухслойного графена (bilayer graphene – BLG), что, по словам ученых, равнозначно обнаружению бозонов Хиггса в физике элементарных частиц
Графен, самый тонкий упругий материал в природе, представляет собой слой атомов углерода толщиной в один атом, упорядоченных в гексагональную решетку. Благодаря плоской сетчатой структуре, слои графена хорошо поддаются совмещению друг с другом.
BLG формируется, если специальным образом наложить два слоя графена. Как и графен, BLG обладает очень хорошей электропроводностью, также известной как высокая электронная проводимость. Высокая электропроводность возникает вследствие очень больших скоростей, которых достигают электроны в слое графена.
В процессе изучения свойств BLG физики обнаружили, что когда количество электронов в слое BLG приближается к нулю, материал становится изолятором (то есть, резко повышается сопротивление протеканию электрического тока). Результаты этого открытия найдут применение в полупроводниковой и электронной промышленности.
BLG становится изолятором из-за того, что его электроны спонтанно организовывают себя, когда их число невелико. Вместо того чтобы перемещаться случайным образом, электроны двигаются упорядоченно. В физике это называется спонтанным нарушением симметрии.
Важное открытие ученых заключается в том, что ширина «запрещенной зоны» в BLG растет с увеличением магнитного поля.
В физике твердого тела ширина запрещенной зоны выражает диапазон энергий в материале, в котором не может существовать никаких электронных состояний. Обычно ширина запрещенной зоны указывает, является ли материал металлом (не имеет запрещенной зоны), полупроводником (небольшая ширина запрещенной зоны) или изолятором (большая ширина). Запрещенная зона имеет фундаментальное значение для полупроводниковой техники, позволяя цифровому устройству «включаться» или переходить в режим проводимости и «выключаться», то есть становится изолятором.
Однослойный графен (single layer graphene – SLG) не имеет запрещенной зоны и не может быть полностью «отключен», потому что, вне зависимости от количества в нем электронов, он всегда остается проводником. В противоположность SLG, BLG, фактически, может быть «выключен». Но ширина запрещенной зоны пока еще слишком мала, чтобы найти двухслойному графену практическое применение. Ученые утверждают, что трехслойный и четырехслойный графен имеют бóльшую ширину запрещенной зоны и смогут применяться в цифровой и инфракрасной технике. Они уже приступили к работе с этими материалами.
