Учёные зафиксировали квантовый флексоэлектрический эффект в графене

Исследователи из Университета Райса и научных организаций Великобритании установили, что микроскопические складки в графене существенно изменяют его электрические свойства. При изгибе одноатомного слоя углерода возникает электрическая поляризация — разделение зарядов, аналогичное работе миниатюрной батареи. Явление относится к флексоэлектрическому эффекту, при котором деформация материала генерирует электрический заряд.

Существование такого эффекта в графене предсказывалось теоретически около 20 лет назад, однако прямых экспериментальных подтверждений до настоящего времени было недостаточно. В новой работе учёные исследовали естественные наноскладки размером менее одного нанометра, сопоставляя их характеристики с плоским графеном и теоретическими моделями.

Результаты показали, что даже незначительная деформация заметно меняет движение электронов. В области складки электроны смещаются, создавая разделение зарядов. При этом электрическая поляризация в наноскладках оказалась в 10 миллионов раз сильнее, чем в более крупных флексоэлектрических системах. Ключевым фактором оказалась не величина складки, а степень её изгиба: чем острее изгиб, тем выраженнее эффект.

Источник: chemeurope.com

По мнению исследователей, это открывает возможность управлять электрическими свойствами графена без использования химических добавок или дополнительных материалов — исключительно за счёт изменения геометрии материала на нанометровом уровне. Такой подход потенциально применим в сверхминиатюрных электронных устройствах и сенсорах, где физическая форма материала будет определять параметры электрического тока.

Вместе с тем авторы отмечают, что полученные данные требуют дополнительной проверки из-за малых размеров складок: для подтверждения результатов пришлось комбинировать прямые измерения с расчётными моделями. Тем не менее работа создаёт экспериментальную базу для дальнейшего изучения квантовых аспектов флексоэлектричества.

Исследование опубликовано в журнале Advanced Materials.