Графен, слой графита всего один толстый атом, не называют материалом удивления ни для чего. Предмет Нобелевской премии 2010 года в физике, это прославляется своими превосходными механическими и электронными свойствами. Все же новые машинные моделирования предполагают, что электронные свойства малоизвестного родственного материала графена — graphyne — могут до некоторой степени быть лучше.Моделирования показывают, что электроны проводимости graphyne должны путешествовать чрезвычайно быстро — как они делают в графене — но только в одном направлении.
Та собственность могла помочь исследователям проектировать более быстрые транзисторы и другие электронные компоненты, обрабатывающие односторонний поток, говорят один из авторов исследования, теоретический химик Андреас Горлинг из университета Эрлангена-Нюрнберга в Германии. «Если Ваш материал уже проводит в одном направлении, у Вас есть преимущество», говорит он.Графен получает свои свойства от его необычной структуры, в которой атомы углерода соединены вместе в шестиугольном образце как проволочная сетка на уровне атомов. Связи колеблются на полпути между единственными и двойными связями, делая их столь сильными, что почти невозможно сделать дефекты в решетке.
Электрически, структуру графена также считали уникальной. В большинстве материалов электронов проводимости — частицы, несущие электрический ток — имеют энергию, зависящую от квадрата их импульса.
Электронные энергетические уровни графена, однако, ставят друг на друга в формы по имени конусы Дирака, позволяющие электронам проводимости путешествовать с энергией, которая непосредственно пропорциональна их импульсу. В результате электроны путешествуют, как будто они были невесомы, способ, которым частицы света делают — другими словами, очень быстро.Graphyne подобен графену, в котором это – также двумерная структура углерода.
В отличие от графена, тем не менее, graphyne содержит двойные и тройные связи, и его атомы не всегда имеют шестиугольную договоренность. Действительно, может быть огромное количество возможного graphynes, каждого с двойными и тройными связями в немного отличающихся мерах. Теоретики изучали graphynes с 1980-х, но мало работы было посвящено их электронным свойствам, говорит Горлинг.
Группа Горлинга теперь исследовала эти электронные свойства в машинных моделированиях, с помощью метода, названного плотностью функциональная теория. Это стандартно для картографирования энергетических уровней различных возможных форм материала. Исследователи обнаружили, что в одном определенном graphyne — так называемый 6,6,12-graphyne, который имеет прямоугольную договоренность решетки — конусы Дирака должны все еще существовать, но в искаженной, раздавленной форме.
В результате исследователи сообщили на прошлой неделе в Physical Review Letters, материал должен провести электроны в предпочтительном направлении.Карстен Хорн, экспериментальный материаловед из Макс. Планка Общества Продвижения Науки в Берлине, удивлен, что конусы Дирака — и их связанная электрическая проводимость — могли существовать в материалах кроме графена, особенно те, которые испытывают недостаток в шестиугольной симметрии.
Но он думает, что одних только машинных моделирований недостаточно, чтобы доказать, что электрические свойства будут существовать на практике. «Это может быть верно, но испытание кулинарии находится в еде», говорит он.Теоретик конденсированного вещества Михаил Кацнельсон из университета Radboud Неймегена в Нидерландах соглашается, что эксперименты скажут наверняка. Однако, он уверен в машинных моделированиях. «Функциональные плотностью вычисления довольно надежны», говорит он. «Например, гидрогенизируемый графен [тип, используемый для создания графеновых транзисторов], был сначала предсказан функциональными плотностью вычислениями и затем наблюдался экспериментально».
Самое первое испытание на graphyne, однако, должно будет произвести его. Только один тип graphyne, как утверждали, был сделан в лаборатории, и это не была изученная группа 6,6,12-graphyne Горлинга.
Но, говорит Горлинг, многообещающие теоретические результаты могли бы поощрить синтетических химиков делать их.