Плазменное Поле чудес

Электронный луч, с помощью которого исследуются свойства краев графена. Иллюстрация Physorg

Алармисты, ссылаясь на знаменитый эмпирический закон Мура, пугают, что совсем скоро будет достигнут физический предел плотности расположения транзисторов на единицу площади чипов. Неудивительно поэтому, что вслед этому раздаются голоса, согласно которым скоро электроника будет основываться не на кварцевых осцилляторах, задающих тактовую частоту временных параметров систем, а на лазерных. Основания к таким прогнозам дают успехи применения сверхбыстрых рентгеновских лазеров, которые уже сегодня способны «увидеть» движения электронов в молекулах. Это крайне важно, например, для понимания функции белков, из которых устроены цепи переноса электронов в клетках и гигантские фотосистемы зеленого листа, без которых невозможен фотосинтез.

Приложение журнала Nature поместило описание леса из стеклянных (SiO2) колонок высотой полмикрона (500 нанометров), наверху которых помещены особые «шапочки»-треуголки из золота. Соседство двух колонок образует структуру, которая похожа, по выражению авторов, на галстук-бабочку. Расстояние между колонками может быть уменьшено до 5 нанометров, что в четыре раза меньше нынешнего рекорда, достигнутого с помощью метода литографического травления электронным лучом.

Наноантенны с золотыми «бабочками» треугольных структур.

Особенность золота – его способность давать плазмоны, или волны объединенных поверхностных электронов. Пучок электронов сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) дает деформацию колончатых антенн. Таким образом была создана опто-механическая система плазмонного поля, которое запускает механическое движение. Оно может также запускаться и лучом лазера, который перераспределяет на площади плазмоны. Это открывает новые перспективы как в оптике, так и в биомедицинских исследованиях.

Так, сотрудники университета штата Иллинойс представили «мультифункциональную плазмонную пленку», на которой можно записывать с разрешением меньше длины волны красного света (около 600 нанометров). Подобно всеми уже забытой классической фотопленке, золотые наноантенны позволили продемонстрировать самые разные «надписи», в частности букву «I», высота которой не более шести микрон. Успех, достигнутый авторами, позволил им предположить, что с помощью плазмонных «бабочек» можно на стандартном DVD записывать вместо 30 до 80 гагабит информации.

Одновременно журнал Nano Letters опубликовал статью, полученную из Пенсильванского университета в Филадельфии (США), которые наконец-то разобрались в неустойчивости результатов, получаемых при исследовании свойств графена. Для этого они использовали усовершенствованный электронный микроскоп. С помощью такого лучше сфокусированного луча сотрудники университета смогли вырезать графеновые полоски шириной не более 10 наномикрон. Исследование таких ничтожно малых полосок показало, что образующие графен 6-углеродные соты могут быть по-разному ориентированы по отношению к краю полоски.

Про нестойкость краев графена с точки зрения его электронных свойств ученые знали чуть ли не с самого открытия этого удивительного материала. Но лишь в Филадельфии выяснили, что исходные элементы графена могут ориентироваться по отношению к краю своими остриями (зигзагом) или боковыми поверхностями. Вследствие этого графен, толщина моноатомного слоя которого не превышает 2 ангстрем (0,2 нанометра), проявляет сверхпроводящие – металлические – свойства или становится полупроводником. Ученые определили и силу тока, приходящуюся на одну С–С связь: она не превышает 1,5 микроампера.

За последние годы в обиход не только ученых, но и практиков все шире входят названия «графен» и «плазмон», «квантовые точки» и «наноантенны», а также многие другие, о возможности существования и «фабрикации» которых еще недавно никто не подозревал. Остается только ждать появления на прилавках магазинов новых устройств памяти необычайно высокой емкости и скорости перезаписи.