Учёные из Датского технического университета создали из графена самую тонкую новогоднюю ель в мире.

Профессор физики Питер Бёггильд и его коллеги из Датского технического университета провели необычный рождественский эксперимент, в ходе которого учёные «напечатали» новогоднюю ель толщиной всего один атом с применением графена. Для невооружённого глаза обычный листок бумаги выглядит двумерным, однако на самом деле его следует считать трёхмерным: глубина его наименьшей грани исчисляется 300 – 600 тысячами атомов. В свою очередь графен является двумерной аллотропной модификацией углерода, поскольку данный материал образован всего одним слоем атомов. Хотя в основе графена и стержня графитового карандаша лежит всё тот же углерод, обычный рисунок ели будет в разы толще графенового «рисунка».

Чтобы создать самую тонкую новогоднюю ель в мире, учёные «вырастили» графен на медной фольге. Метод газофазной эпитаксии предполагает получение тончайшего слоя полупроводника путём осаждения из парогазовой фазы. Реакция происходит внутри специального реактора: в нём медная подложка разогревается до 1000 °C, а понижение температуры приводит к осаждению полупроводника в форме поликристаллического слоя. Данный процесс широко применяется в производстве полупроводниковых приборов и интегральных схем. С его помощью датские исследователи получили новогоднюю ель высотой 14 см. Графен в 30000 раз тоньше пищевой плёнки, потому его чрезвычайно сложно перенести с подложки на другую поверхность. Для контроля целостности слоя учёные применили терагерцевое излучение, которое сильно поглощается проводящими материалами.

 Тончайшая новогодняя ель стала своего рода украшением для важного технического прорыва. Исследователи модифицировали ламинатор и создали машину под названием roll-2-roll, объединив в ней ТГц-сканер с аппаратом, выполняющим трансфер графеновой плёнки. Таким образом учёные впервые сумели осуществить контроль качества и оценку проводимости материала непосредственно в ходе переноса. Графен обладает большой механической жёсткостью, рекордной теплопроводностью и самой высокой подвижностью носителей заряда среди всех известных материалов, что делает его невероятно перспективным решением для применения в наноэлектронике. Будучи наиболее многообещающим кандидатом на замену кремнию в интегральных схемах, графен позволит делать более компактные, лёгкие и надёжные полупроводниковые приборы.

Прежде чем графен станет полноправным преемником кремния в мире быстрой и умной электроники, необходимо подготовить сопутствующие его изготовлению технологии к масштабному серийному производству. В первую очередь важно снизить себестоимость самого процесса, повысив скорость производства. Без адекватной оценки качества такие меры чреваты высоким процентом брака. Более того, контроль качества необходимо производить на всех заводских этапах, в том числе и во время переноса готовой графеновой плёнки. Команда профессора Бёггильда представила решение для последней проблемы: модифицированный «ламинатор» roll-2-roll осуществляет бережный трансфер графена на подготовленную пластиковую подложку, а ТГц-сканер тут же оценивает электрическое сопротивление материала. На разноцветных снимках наглядно отображена интенсивность поглощения терагерцевого излучения: чем выше проводимость графена, тем сильнее он поглощает ТГц-энергию. Учёные верят, что их графеновая ель и инновационная методика подготовят почву для выхода графеновой электроники в массовое производство.