Графен является перспективным материалом для наноэлектроники будущего. Однако, несмотря на то, что получение графена и изучение его свойств послужило поводом для присуждения Нобелевской премии по физике 2010 года, поиски удобных способов крупномасштабного получения графена и родственных ему материалов с требуемыми электронными свойствами еще продолжаются.

В поисках удобных и воспроизводимых методов для направленного получения электронных материалов будущего исследователи из Швейцарии синтезировали графеноподобный материал с помощью методов химии поверхности, изучив механизм протекающего процесса.

Информация об особенностях протекания химических реакций позволяет контролировать их протекание и получать продукты с желаемыми свойствами. Изображения, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа, показывают молекулы «нанографена» и двух стабилизованных интермедиатов, зафиксированных на поверхности меди. Методами молекулярного моделирования визуализированы и сам графен (справа) и два интермедиата (слева). Размеры молекул составляют около одного нанометра. (Рисунок из Nature Chemistry, 2010; DOI: 10.1038/NCHEM.891)

Исследователи из Швейцарской Федеральной Лаборатории Наук о Материалах и Технологии сообщают о химическом способе получения небольших фрагментов графена – «нанографенов». Использовав полифенилен в качестве исходного вещества, исследователи не только получили «нанографены», но и смогли выяснить, каким образом на поверхности меди протекает реакция образования целевого продукта, в том числе и то, как строительные блоки превращаются в нанографены непосредственно на поверхности.

Для проведения исследования исследователи использовали комбинацию экспериментальных методов (главным образом – сканирующую туннельном микроскопию) с методами компьютерного моделирования. Компьютерное моделирование применялось для определения того – будет ли термодинамически благоприятной та или иная предполагаемая стадия механизма. В результате было обнаружено, что образование целевого продукта происходит за шесть стадий с образованием пяти промежуточных продуктов. Два интермедиата стабилизированы поверхностью, что позволило зафиксировать их непосредственно с помощью туннельной сканирующей микроскопии. Также было обнаружено, что поверхность субстрата, на котором происходит образование нанографенов, катализирует формирование двумерной кристаллической решетки.

Однако, графеноподобные материалы, пригодные для интегрирования в электронные схемы, необходимо получать на поверхности вещества с полупроводниковыми свойствами, а не металла. Исследователи из Швейцарии провели компьютерное исследование возможности применения разработанного ими подхода по получению графеноподобных материалов на поверхности полупроводниковых материалов и получили обнадёживающие результаты – синтез нанографенов возможен на поверхностях различного типа.

Источник: Nature Chemistry, 2010; DOI: 10.1038/NCHEM.891