アグラフェンの発見でノーベル賞。ロシアの「ジャンク物理学者」がノーベル賞を受賞した方法

2010 年のノーベル物理学賞受賞者の名前がストックホルムで発表されました。彼らはアンドレイ・ガイム教授とコンスタンチン・ノボセロフ教授でした。英国マンチェスター大学で働く両受賞者は、ロシア出身です。 Andrei Geim (52 歳) はオランダの市民権を持っていますが、Konstantin Novoselov (36 歳) はロシアと英国の市民権を持っています。

今年は約 150 万ドルの世界で最も権威のある科学賞が授与されました。この賞は、原子 1 個の厚さの炭素膜である極薄で非常に耐久性のある材料であるグラフェンの発見に対して科学者に授与されました。

グラフェンの発見中にどのような困難が生じたのか、またこの材料の実際の応用について、Vokrug Sveta 誌の科学編集者である Alexander Sergeev 氏は Radio Liberty の放送で次のように語っています。

科学者がグラフェンを取得したという事実そのものが注目に値します。理論的には、グラフェンはその合成の半世紀前に予測されていました。学校では、誰もがグラファイトの構造を経験しました - これは普通の鉛筆です。炭素原子は、互いの上に繰り返し層状になっている薄い層を形成します。各層は、ハニカムのように互いにドッキングする六角形のセルで構成されています。

問題は、1 つのレイヤーを上下のレイヤーから分離することでした。この 2 次元結晶の単層 (3 次元を持たないことからそう呼ばれる) について、多くの興味深い物理的特性が予測されています。多くの実験がありました。しかし、1 つのレイヤーを他のすべてのレイヤーから安定した結果で分離することはできませんでした。

Andrey Geim と Konstantin Novoselov は、この層を分離し、その後、それが本当に 1 つであることを確認する方法を考え出しました。その後、科学者はその物理的特性を測定し、理論的予測が多かれ少なかれ正しいことを確認することができました。この実験は非常に単純です。科学者は普通の鉛筆、グラファイト片を取りました。粘着テープでグラファイトの層が取り除かれ、その後剥がれ始めました。１～２層残ったところでグラファイトをシリコン基板に移した。

なぜ以前の実験はすべて失敗したのですか? 2次元の炭素結晶であるグラフェンフィルムは、ねじれに対して不安定であるためです（これは理論的に予測されていました）. 彼女が自由な状態になるとすぐに、彼女はすぐにくしゃくしゃになり始めます。グラフェンを分離することは不可能であるという意見さえありました。科学者の仕事は2004年に行われ、2009年にはすでにグラフェン片が得られました。つまり、サイズがほぼ 1 cm のグラフェンのシートです。そして今、私たちは数十センチメートルについて話しています。

なぜこのグラフェンが必要なのでしょうか?

現在、すべての電子機器は、トランジスタ、電極などの要素のサイズを縮小する方向に進んでいます。プロセッサ内の要素が小さいほど、より多くの要素を配置でき、より強力なプロセッサを組み立てることができます。したがって、より複雑な論理演算が実行されます。 1 原子層より薄いものは何ですか? グラフェンには薄いという性質があります。

さらに、電気を通す。しかもほぼ透明。同時に、十分な強度があります。原子層あたりの強度が最も高い材料の 1 つです。それは実際には他の物質を通過しません。ガス状のヘリウムでもグラフェンを透過できないため、これは非常に信頼性の高いコーティングです。透明電極が画像を覆い隠さないため、例えばタッチスクリーンで使用できます。エレクトロニクスで使用することができます。現在、彼らはグラフェンに基づくトランジスタを開発しようとしています。確かに、ここには困難があります。グラフェンには異常な特性があり、トランジスタでの使用はやや困難です。しかし、原子層を取得する方法を学んだ後、これらはおそらくすでに克服可能な障害です. これは根本的に新しい材料です。そのようなものは今までにありませんでした。テクノロジー、エレクトロニクスで使用できる最も薄い導体単層。

新しいノーベル賞受賞者の伝記はかなり複雑です。そのうちの 1 人はオランダの市民であり、もう 1 人は英国とロシアの 2 つのパスポートを持っています。知られている限りでは、彼らはイギリスのマンチェスターにある科学センターで働いていました。科学は国際的になってきているのでしょうか、それともロシアの科学者が外国に行って初めて偉大な発見をするというのは悲しい運命なのでしょうか?

真剣な科学的研究に従事するためには、物質的および技術的基盤だけでなく、心の安らぎも必要です。科学者は、いくつかの質問に惑わされるべきではありません。 Andrei Game は 10 年前にカエルの磁気浮上に関する実験でイグ・ノーベル賞を受賞しました。イグ・ノーベル賞は、意味のない仕事に対するジョークに対する賞です。科学者は自分の仕事に一定の自由を必要とします。するとアイデアが生まれます。今日はカエルを浮遊させ、明日はグラフェンを手に入れました。

人がそのような状態にある場合、彼はより効率的に働きます。結局のところ、物理学の現在のノーベル賞受賞者は両方とも、モスクワ物理技術研究所（モスクワ物理技術研究所 - RS）で学びました。そしてすぐに彼らはオランダ、イギリスに向けて出発しました。なぜなら、そこでの仕事の雰囲気は、研究を行うために必要な科学的手段の探求にとってより好ましいからです。粘着テープで炭素膜を剥がしましたが、原子間力顕微鏡で測定する必要がありました。したがって、この顕微鏡はそうでなければなりませんでした。もちろん、ロシアではそうですが、アクセスするのははるかに困難です。

ロシアにはノーベル賞受賞者を育てることを可能にする優れた基礎教育があるが、同時に実験のための本格的な科学的ハイテク基盤がないと言ったら、それは本当でしょうか?

あらゆる一般化と同様に、ここには多少のストレッチがあります。教育に関しては、多くの場所で科学学校が破壊されているため、私たちはもはやそれほど上手で滑らかではありません. 90年代の作品には大きなブレイクがありました。ロシアには孤立した学校があり、すべてが順調に進んでいますが、設備や深刻な高価な研究の実施に問題があります. この機器はどこかに行き着きます。たとえば、クルチャトフ研究所など、非常に深刻な購入が時々行われます。しかし、それがどれほど効果的に適用されるかは大きな問題です。したがって、強力な科学学校がある場所もあれば、技術のための資金がある場所もあります。名声と官僚主義の理由から、それらを相互に交換することは非常に困難です。ロシアでは高度な研究も可能ですが、それを行うのははるかに難しく、ここで働くのはより難しい環境です。

科学研究は多面的です。しかし、ノーベル委員会がブレークスルーと定義する別の分野はありますか? ノーベル賞を取りやすいのは？それとも、そのような指示はありませんか？

過去 20 年間のノーベル物理学賞受賞者のリストを見ました。明確な傾向はありません。素粒子物理学、基本的な物理的相互作用の分野では、かなりの数の賞があります。これは理解できます-彼らはそこで非常に興味深い仕事をしています。しかし、ここで重要な点を考慮に入れる必要があります。ノーベル賞を受賞するためには、画期的な仕事をするだけでは不十分だとよく言われます。それが評価される時まで、私たちはまだ生きなければなりません。したがって、ノーベル賞は、原則として、非常に立派な年齢の人々に授与されます。この観点から、今年のノーベル物理学賞は例外です。ノボセロフは現在36歳です。過去 20 年間、物理学の賞の中でそのようなケースはありませんでした。私の意見では、まったくありませんでした。過去 8 年間、50 歳未満の科学者でノーベル賞を受賞した人はおらず、多くの人が 70 歳または 80 歳でノーベル賞を受賞しています。

現在のノーベル賞は規則に違反して授与された. おそらくノーベル委員会は、賞が高齢化しており、受賞年齢を引き下げる必要があると感じていたのでしょう。「若い」年齢で最後に物理学賞が授与されたのは2001年です。受賞者は 40 歳から 50 歳の間でした。

さて、どうやら実際の実験作業用のインスタレーションが出来上がったようです。ですから、ノーベル賞には天文学は含まれていませんが、過去 10 年間に天体物理学で 2 つの非常に重要な賞がありました。高エネルギー物理学と素粒子物理学、固体物理学、凝縮状態物理学、つまり固体、液体、および原子が互いに接近している他の状態で賞がありました。これらの研究のほとんどすべてが、何らかの形で量子物理学に結びついています。

なぜ正確に量子論なのか? ノーベル委員会のメンバーの個人的な好みによるものですか? それとも、それは本当に最も近い科学の未来ですか?

理由はとても簡単です。実際、重力理論を除くすべての物理学は現在量子です。物理学の分野で行われているほとんどすべての新しいことは、過去に行われた特定の副次的な方向性、改善、ブレークスルーを除いて、量子物理学に基づいています. この「量子化」にまだ屈服していないのは重力だけです。そして、物理学の基礎に関係する他のすべては、量子論と物質の量子論です。

彼は誰？ Novoselov Konstantin Sergeevich！

バイオグラフィー

有名な科学者は、1974 年 8 月 23 日、スヴェルドロフスク地方のニジニタギル市で、エンジニアと英語教師の家族の中で生まれました。第 39 校の創設者であり校長は、かつて彼の祖父であったヴィクトルコンスタンティノビッチでした。ノボセロフ。

コンスタンティンは 6 年生で、並外れた能力を発揮し、地域の物理オリンピックで 1 位になり、少し後に全連合オリンピックで成功を繰り返し、トップ 10 に入りました。 1991 年に追加の物理技術学校を卒業し、同年、モスクワ物理技術大学の学生になりました。彼は、物理および量子エレクトロニクスの学部で専門分野の「ナノテクノロジー」を学び、研究所を優等で卒業した後、チェルノゴロフカの IPTM RAS (マイクロエレクトロニクス技術問題研究所 RAS) に採用されました。そこで彼は、Yuri Dubrovsky の指導の下、大学院での研究を完了しました。

外国

1999 年、すでに定評のある物理学者であるコンスタンチン・セルゲイビッチ・ノボセロフがオランダに移住しました。そこのナイメーヘン大学で、彼はアンドレ・ガイムと一緒に働いています。 2001 年以来、科学者はマンチェスター大学で共同研究を行ってきました。 2004 年に博士号を取得しました (指導教官 Jan-Kees Maan)。

現在、Konstantin Sergeevich Novoselov は、英国王立協会の教授であり、マンチェスター大学の物理科学および数学科学の教授であり、二重国籍 (ロシアと英国) を持っています。現在マンチェスター在住。

リサーチ

コンスタンチン・セルゲイビッチ・ノボセロフは何のために知られていますか? 分析機関のトムソン・ロイターによると、このロシア系イギリス人の物理学者は、最も頻繁に引用される科学者の 1 人です。彼のペンからは 190 の科学記事が出てきました。しかし、彼の最も重要な研究は、もちろんグラフェンです。多くの人がこの言葉を聞いたことがありますが、これは単純でなじみ深いようです。このテクノロジーは、すべての独創的なものと同様に、非常に簡潔でエレガントです。さらなる研究が可能であり、人類を超高速で超薄型のモバイルおよびコンピューターデバイス、電気自動車、および耐久性がありながら非常に軽量な構造の時代に導くことができます。

賞

Konstantin Sergeevich Novoselov がマンチェスター大学で働き始めたとき、彼のリーダーになったロシア出身の先輩は、この分野で長い間研究を続け、ヤモリの足がくっつくメカニズムを再現することに成功しました。、そしてそれに基づいて、物理学者が後にグラフェンの研究に使用した粘着テープを作成しました。その前に、ガイムは特定の中国人学生に助けられましたが、物理学者自身によると、コンスタンティン・セルゲイビッチ・ノボセロフが仕事に取り掛かった後にのみ、作業が進み始めました。ノーベル賞は 2010 年 10 月に彼らに授与されました。ノボセロフは現在、物理学で最年少のノーベル賞受賞者として知られ（過去 37 年以上）、さらに現時点では、ノーベル賞受賞者の中で 1970 年以降に生まれた唯一の科学者です。

同じ 2010 年に、ノヴォセロフはオランダの科学への多大な貢献により、オランダライオン勲章の司令官の称号を授与されました。少し後の 2011 年には、エリザベス 2 世女王の布告により、彼はすでに騎士の学士号を取得しています。英国の科学への貢献に対して。厳粛な騎士の儀式は、予想通り、2012 年の春、バッキンガム宮殿で行われました。女王の娘であるアン王女が主催しました。

科学的および社会的活動が非常に広範囲にわたるコンスタンチン・セルゲイビッチ・ノボセロフは、グラフェン研究で別の名誉ある賞を受賞し、2008 年にユーロ物理学賞を受賞したと言わざるを得ません。 2年ごとに授与され、受賞者のうちノーベル賞受賞者はわずか13人でした。この賞は、金銭的報酬と対応する証明書で構成されています。彼はクルティ賞も受賞しましたが、グラフェンではなく、低温と磁場の分野での研究成果のリストが評価されました。

家族と生活について

コンスタンティン・ノボセロフは、妻のイリーナと幸せな結婚生活を送っています。彼女はロシア人でもありますが、科学者たちはオランダで海外で会いました。イリーナはヴォログダ出身で、微生物学の分野の研究に従事しています（彼女はサンクトペテルブルクで論文を弁護しました）。夫婦には、2009年に生まれた双子のソフィアとビカの2人の娘がいます.

Konstantin Sergeevich は、自分の言葉で言えば、自分の子供たちの子供時代を逃して何週間も研究室に座っている父親ではありません。彼が世界最小のトランジスタを発明し、娘に27まで数えるように教えることは、同じ列にあるものです。「あなたの前に誰もこれをやったことがありません」と彼は言います。

一方、彼の両親は息子の興味を制限しようとはしませんでした。彼らは息子が非常に才能があることを常に確信しており、物理学者自身が言うように、彼がノーベル賞を受賞しても驚かなかった.

エスクァイア誌のインタビューで、彼はピアノを習うことを夢見ていることを認めました。彼は学んでいますが、彼自身の承認により、これまでの結果は平凡です.

ソ連について

Konstantin Sergeevichはソ連で生まれ、優れた教育を受けました。彼自身、これほど深い知識を得ることができる場所はほとんどないと認めています。しかし、彼はロシアに戻るつもりはありません。おそらく、一部のジャーナリストが無意識のうちに彼の愛国心の欠如を非難しているのは、まさにこのためです。これに対して、科学者は、それはお金の問題ではなく、誰もあなたの問題に干渉しないので、英国で働く方が落ち着いているだけだと答えています。

ノボセロフは人生を軽視し、失敗にとらわれません-これは彼の基本的なルールの1つです。人との関係に困難が生じた場合、彼は休憩に至らないように努めますが、これが避けられない場合は、最後の言葉を他の人に任せます。有名な物理学者は、多くの共通の人生の問題を抱えています。

しかし、彼は自分の人生を仕事と余暇に分けていません。おそらくこれが科学者の生産性の鍵です。家では物理について考え、職場ではただ魂を休ませています。

グラフェンとは

もちろん、物理学の分野におけるすべての成果にもかかわらず、ノボセロフの主な研究はグラフェンであり、今もそうです。私たちの同胞によって実験室で初めて得られたこの構造は、わずか1原子の厚さの炭素原子の2次元の「グリッド」です。ノボセロフ自身は、この技術は複雑ではなく、ほぼ即席の手段で誰でもグラフェンを作成できると主張しています。彼は、鉛筆を使ってシリコンウエハーやテープに少し散財することもできますが、始めるには良いグラファイトを手に入れるだけで十分だと言います. すべて、グラフェンを作成するためのセットの準備が整いました! したがって、素材は大企業だけの所有物にはならず、ノボセロフとゲームは文字通りそれを全世界に寄付しました。

驚くべき特性

物理学者も、この物質の電子特性に驚いています。彼によると、グラフェンはトランジスタに使用できます。これは、一部の企業がすでに試みていることであり、モバイルデバイスでよく知られている部品を置き換えます。

ノボセロフによれば、グラフェンはテクノロジーに革命をもたらすでしょう。あらゆる SF 映画に不可欠な要素は、信じられないほどのガジェットであり、透明で薄く、壊れにくく、優れた機能を備えています。時代遅れのシリコンがグラフェンに徐々に置き換えられれば、映画の技術が現実のものとなるでしょう。

ノボセロフとガイムの研究で他に注目すべき点は何ですか? それらが実験室からコンベヤに、さらにはそれ以上にほぼ瞬時に移行したという事実は、初期には非常に役立つことが判明しました。

将来の技術

グラフェンは現在どこで使用されていますか? そのような最近発見された物質はまだ広く普及していないように思われますが、これは部分的に真実です. ほとんどすべての開発は、本質的にまだ実験的であり、大量生産にはリリースされていません。しかし、彼らは現在、文字通りすべての分野でこの材料を使用しようとしています。これはおそらく、本当の「グラフェン熱」と呼ぶことができます.

グラフェン自体は、軽量でほぼ完全な透明性 (透過光の 2% を吸収し、通常の窓ガラスとまったく同じ) にもかかわらず、非常に耐久性があります。アメリカの科学者による最近の研究は、グラフェンがプラスチックとよく混ざることを示しています。これにより、家具や携帯電話からロケット科学まで、あらゆるものに使用できる超強力な素材が生まれました。

電気自動車用バッテリーのプロトタイプは、グラフェンからすでに作成されています。大容量で充電時間が短いのが特徴です。おそらく、これが電気自動車の問題が解決され、輸送が安価で環境に優しいものになる方法です。

グラフェンは、電話用の新しいタッチパネルの開発に使用されています。従来のセンサーが平面でしか機能しない場合、グラフェンは好きなように曲げることができるため、この欠点はありません。さらに、電気伝導率が高いと、応答が最小限になります。

航空で

グラフェンを使用して作られたロケットや航空機の本体は、数倍軽くなり、燃料費が大幅に削減されます。航空券が非常に安くなり、誰もが地球の反対側に旅行できるようになります。しかし、旅客輸送に加えて、これはもちろん貨物輸送にも影響を与えます。地球の僻地への供給ははるかに良くなり、それはより多くの人々がそこに住み、働くことを意味します。

モスクワ、10 月 5 日 - RIA Novosti。 2010 年のノーベル物理学賞は、受賞者の出身地であるロシアと、現在の出身地である英国の 2 つの国を同時に祝うものでした。スウェーデンの学者は、アンドレイガイムとコンスタンチンノヴォセロフに最高の科学賞を授与し、2 次元形態の炭素 (グラフェン) を発見したことで、ロシアの科学者は頭脳流出を訴え、英国の科学者は科学への継続的な資金提供を期待しました。

「ガイムとノボセロフが海外で発見したのは残念だ」と、モスクワ州立大学の高分子および結晶物理学科の責任者であるアレクセイ・コフロフはRIA Novostiに語った.

「政府はノーベル委員会の決定から学ばなければならない」 - ノーベル物理学賞の受賞について、王立科学協会の会長であるマーティン・リース教授はコメントした. 彼は、英国で働いている外国人を含む多くの科学者は、資金が削減された場合、単に他の国に行くことができることを思い出しました.

英国政府は 10 月 20 日に政府支出の大幅な削減計画を発表します。科学と高等教育は、削減によって最も影響を受ける分野の 1 つになると予想されます。

マンチェスターで働く MIPT 卒業生の Game と Novoselov は、「2 次元グラフェン材料の研究に関する先駆的な実験に対して」賞を受賞しました。彼らは、1,000 万スウェーデンクローナ (約 100 万ユーロ) を共有します。授賞式は、創立者アルフレッド・ノーベルの命日である 12 月 10 日にストックホルムで行われます。

グラフェンは、ハニカム構造に似た形状の化学結合構造によって相互接続された炭素原子の単層で構成される、史上初の二次元材料になりました。長い間、そのような構造は不可能であると信じられていました。

「そのような二次元の単層結晶は存在し得ないと信じられていました。実際には厚さのない平面であるため、安定性を失い、別のものに変わるはずです」と受賞者の元責任者、問題研究所所長ロシア科学アカデミー (IPTM) のマイクロエレクトロニクスおよび高純度材料の技術部門は、RIA Novosti ) Vyacheslav Tulin に語った。

しかし、その「ありえない」素材は、さまざまな分野で欠かすことのできない独自の物理的および化学的性質を持っていることが判明しました。グラフェンは銅と同様に電気を伝導し、タッチスクリーン、太陽電池、フレキシブル電子デバイスの作成に使用できます。

「これはマイクロエレクトロニクスの未来の革命です。現在のコンピューターがギガヘルツであれば、テラヘルツなどになります。トランジスタやその他の電子回路のすべての要素は、グラフェンに基づいて作成されます」と MIPT 部門の教授である Alexei Fomichev 氏は述べています。 Quantum Electronics の氏は、RIA Novosti に語った。

グラフェンは、太陽電池セルという 1 つの応用分野をすでに見つけています。「以前は、スズをドープした酸化インジウムが、太陽電池の製造における透明電極として使用されていました。しかし、数層のグラフェンがはるかに効率的であることが判明しました。」ロシア科学アカデミーのサンクトペテルブルク・イオッフェ物理技術研究所。

理工学部からの第一弾

Andrei Geim と Konstantin Novoselov は、ノーベル賞を受賞した初めてのモスクワ物理工科大学の卒業生です。その前に、モスクワ物理工科大学の創設者と従業員 - ペトルカピツァ、ニコライセメノフ、レフランダウ、イゴールタム、アレクサンダープロホロフ、ニコライバソフ、ヴィタリーギンズバーグ、アレクセイアブリコソフ。 Geim は 1982 年に一般応用物理学部 (FOPF) を卒業し、Novoselov は 1997 年に物理・量子エレクトロニクス学部 (FFKE) を卒業しました。両方の卒業生は赤い卒業証書を受け取りました。

「これは非常に大きなニュースです。ノーベル委員会の決定に非常に満足しています。MIPT はすでに新しいノーベル賞受賞者に祝辞を送っています」

学長によると、スタッフは「アーカイブから個人ファイルを取り出し、彼らが優秀な学生であることを確認しました」. 同時に、アンドレイ・ガイムは工場で1年間働いていたため、初めて研究所に入学しませんでしたが、「粘り強さを示し」、モスクワ物理工科大学の学生になりました。

「FOPF での学習期間中、ガイムは教師から最高の評価を受けました。ガイムの最終的な作品は、ディプロマ委員会によって非常に高く評価されました」と、モスクワ物理技術研究所の所長は述べています。

Kudryavtsevが指摘したように、物理および量子エレクトロニクス学部の第152グループの学生であるコンスタンティン・ノボセロフは、「授業に不定期に出席しましたが、すべての課題を時間通りに無事に提出しました」。

「そして、ノボセロフに対する教師の評価も最高です。これは、彼が非常に才能があったことを意味し、一般的に、彼がすべてのクラスに行く必要はありませんでした」とモスクワ物理工科大学の学長はコメントしましたアーカイブ文書。

シュノーベルからノーベルへ

ゲイムの同僚、 コンスタンチン・ノボセロフ、ロシア市民権を持つ最年少のノーベル賞受賞者になりました.36歳の物理学者は、ソビエトの同僚であるニコライ・バソフより6歳年下です。レーザーメーザーの原理に基づいたエミッターとアンプ。

史上最年少のノーベル賞受賞者はローレンス・ブラッグで、彼は 25 歳で物理学賞を父のウィリアム・ヘンリー・ブラッグと共有しました。史上最年少の受賞者リストの次の4つのポジションも物理学者によって占められています.Werner Heisenberg、Zongdao Li、Karl Anderson、Paul Diracは31歳で賞を受賞しました.

しかしコンスタンチン・ノボセロフは、1970年代生まれの最初の世代として歴史に残るだろう。物理学者のエリック・コーネル、生物学者のキャロル・グライダーとクレイグ・メロ、そしてノーベル平和賞を受賞したバラク・オバマ米大統領は、過去 10 年間の受賞者リストに名を連ねています。受賞者のリストには、ノボセロフを除いて、1961年より若い人は誰もいません。

編集者より: ロシア経済の近代化とわが国のハイテク開発のトピックに触れて、読者の注意を欠点に向けるだけでなく、肯定的な例についても話すという課題を設定しました。さらに、それらはたくさんあります。先週はロシアでの燃料電池の開発について話しました。今日はグラフェンについて話します。これは、「私たちの前の人々」が最近ノーベル賞を受賞した特性の研究です。ロシア、またはノボシビルスクでは、彼らはこの資料に非常に真剣に取り組んでいることがわかりました。

マイクロエレクトロニクスの基礎となるシリコンは、ハイテク分野で確固たる地位を築いてきましたが、これは偶然ではありませんでした。第１に、シリコンに所望の特性を付与することは比較的容易である。第二に、それは長い間科学に知られており、「上下に」研究されてきました。 3 番目の理由は、本当に巨額の資金がシリコン技術に投資されており、今ではあえて新しい材料に賭ける人はほとんどいないということです。結局のところ、これには巨大な産業部門を再構築する必要があります。むしろ、ほぼゼロから構築してください。

しかし、半導体材料として主導権を握る候補は他にもあります。たとえば、グラフェンは、その特性の研究でノーベル賞を受賞した後、非常にファッショナブルになりました。実際、グラフェンには多くの重要な利点があるため、シリコンからグラフェンに切り替える理由があります。しかし、「グラフェンベースのエレクトロニクス」に行き着くかどうかはまだ明らかではありません。利点とともに欠点もあるためです。

マイクロエレクトロニクスにおけるグラフェンの展望とそのユニークな特性について話すために、ノボシビルスクで無機化学研究所の主任研究員と会いました。 A. V. Nikolaev SB RAS、化学科学博士、Vladimir Fedorov 教授。

アラ・アルシノワ： Vladimir Efimovich、マイクロエレクトロニクスにおけるシリコンの現在の位置は?

ウラジミール・フェドロフ： シリコンは、非常に長い間、主要な半導体材料として業界で使用されてきました。事実、それは簡単にドープされます。つまり、さまざまな元素の原子を追加することができ、物理的および化学的特性を直接的に変化させることができます。このような高純度シリコンの改質により、n型またはp型の半導体材料を得ることができます。したがって、シリコンの方向性ドーピングは、マイクロエレクトロニクスにとって重要な材料の機能特性を調節します。

シリコンは真にユニークな素材であり、これが多大な労力、資金、知的資源がシリコンに投資された理由です。シリコンの基本的な特性は非常に詳細に研究されているため、シリコンに代わるものはないという意見が広まっています。しかし、グラフェンに関する最近の研究は、別の見方に青信号を与えました。それは、シリコンを置き換えることができるところまで新しい材料を進めることができるということです。

シリコンの結晶構造

そのような議論は科学で定期的に発生し、原則として、真剣な研究の後にのみ解決されます。たとえば、最近、高温超伝導体で同様の状況がありました。 1986 年、Bednorz と Müller は、バリウム-ランタン-銅酸化物の超伝導を発見しました (この発見により、彼らは発見から 1 年後の 1987 年にすでにノーベル賞を受賞しています)。超伝導材料の既知の時間の特徴。同時に、銅酸塩超伝導化合物の構造は、低温超伝導体とは大きく異なりました。その後、関連するシステムのなだれのような研究により、超伝導転移温度が 90 K 以上の材料が生成されました。これは、高価で気まぐれな液体ヘリウムを冷媒として使用できることを意味しましたが、液体窒素は自然界に気体の形で多く存在し、さらにヘリウムよりもはるかに安価です。

しかし、残念なことに、新しい高温超伝導体の慎重な研究の後、この多幸感はすぐに過ぎ去りました。これらの多結晶材料は、他の複合酸化物と同様に、セラミックに似ており、もろくて延性がありません。各結晶内の超伝導には良好なパラメーターがあることが判明しましたが、コンパクトなサンプルでは臨界電流がかなり低く、これは材料の粒子間の接触が弱いためです。超電導粒子間の弱いジョセフソン接合では、高い超電導特性を備えた材料を製造する (たとえば、ワイヤを製造する) ことはできません。

多結晶シリコン系太陽電池

グラフェンでも同じ状況が発生する可能性があります。現在、非常に興味深い特性が発見されていますが、この材料を工業規模で取得し、ナノエレクトロニクスで使用する可能性の問題に最終的に答えるには、広範な研究が必要です.

アラ・アルシノワ： グラフェンとは何か、またグラファイトとの違いについて教えてください。

ウラジミール・フェドロフ： グラフェンは、炭素原子から形成された単原子層であり、グラファイトと同様にハニカム形状の格子を持っています。そして、グラファイトはそれぞれ、グラフェン層の山で互いに積み重ねられています。グラファイトのグラフェン層は非常に弱いファンデルワールス結合によって相互接続されているため、最終的にそれらを引き裂くことができます。鉛筆で書くとき、これはグラファイトの層を剥がしているという事実の例です。確かに、紙に残った鉛筆の跡はまだグラフェンではなく、グラフェンの多層構造です。

今では、すべての子供が真剣に、紙を翻訳するだけでなく、最も複雑なグラフェン多層構造を作成すると言うことができます.

しかし、そのような構造を単層に分割することができれば、真のグラフェンが得られます。同様の分割は、今年のノーベル物理学賞受賞者であるガイムとノボセロフによって行われました。彼らはグラファイトを粘着テープで分割することに成功し、この「グラファイト層」の特性を研究した後、マイクロエレクトロニクスで使用するのに非常に優れたパラメーターを持っていることが判明しました。グラフェンの顕著な特性の 1 つは、その高い電子移動度です。グラフェンは、コンピューター、電話、その他の機器に不可欠な素材になると言われています。なぜ？この領域では、情報処理の手順を加速する傾向があるためです。これらのルーチンは、クロック周波数に関連しています。操作頻度が高いほど、単位時間あたりにより多くの操作を処理できます。したがって、電荷キャリアの速度は非常に重要です。グラフェンの電荷キャリアは、有効質量がゼロの相対論的粒子のように振る舞うことが判明しました。グラフェンのこのような特性により、シリコンでは不可能なテラヘルツ周波数で動作できるデバイスを作成できるようになることが本当に期待できます. これは、材料の最も興味深い特性の 1 つです。

2010 年のノーベル物理学賞受賞者アンドレイ・ガイムとコンスタンチン・ノボセロフ

グラフェンから柔軟で透明なフィルムを得ることができます。これは、多くのアプリケーションにとって非常に興味深いものです。もう1つの利点は、シリコンよりも軽い、非常にシンプルで非常に軽い素材であることです。その上、自然界にはたくさんの炭素があります。したがって、彼らが本当にこの材料をハイテクで使用する方法を見つけた場合、もちろん、それは良い見通しを持ち、最終的にはシリコンに取って代わるでしょう.

しかし、低次元導体の熱力学的安定性に関連する根本的な問題が 1 つあります。知られているように、固体はさまざまな空間システムに細分されます。たとえば、3D（三次元）システムにはバルク結晶が含まれます。 2 次元 (2D) システムは、層状結晶で表されます。そして、連鎖構造は一次元 (1D) システムに属します。そのため、金属特性を持つ低次元の 1D チェーンおよび 2D 層状構造は、熱力学的観点からは安定しておらず、温度が低下すると、金属特性を失うシステムに変わる傾向があります。これらは、いわゆる金属絶縁体遷移です。一部のデバイスでグラフェン材料がどの程度安定するかはまだわかりません。もちろん、グラフェンは、電気的特性と機械的特性の両方の点で興味深いものです。グラフェンのモノリシック層は非常に強いと考えられています。

アラ・アルシノワ： ダイヤモンドより強い？

ウラジミール・フェドロフ： ダイヤモンドは立体的な結合を持っており、機械的に非常に強いです。面内のグラファイトでは、原子間結合は同じで、おそらくより強いです。事実、熱力学的観点からは、グラファイトはダイヤモンドよりも安定しているため、ダイヤモンドはグラファイトに変わるはずです。しかし、化学では、変換プロセスを制御する2つの重要な要素があります。これらは、相の熱力学的安定性とプロセスの動力学、つまり、ある相から別の相への変換速度です。そのため、ダイヤモンドは何世紀にもわたって世界中の博物館に保管されており、グラファイトに変わることを望んでいません。残念ながら、おそらく何百万年も経つとグラファイトに変わるでしょう。室温でのダイヤモンドからグラファイトへのプロセスは非常に遅いですが、ダイヤモンドを高温に加熱すると、動力学的障壁を克服しやすくなり、これは間違いなく起こります.

元の形のグラファイト

アラ・アルシノワ： グラファイトが非常に薄いフレークに分割できるという事実は、長い間知られていました。では、2010 年のノーベル物理学賞受賞者の功績は何だったのでしょうか。

ウラジミール・フェドロフ： おそらく、ペトリックのようなキャラクターを知っているでしょう。アンドレイ・ガイムとコンスタンチン・ノボセロフにノーベル賞が授与された後、彼はノーベル賞が彼から盗まれたと述べた. これに対し、ゲームは、確かにそのような材料は非常に長い間知られていましたが、グラフェンの特性を研究したことに対して賞を与えられたものであり、それ自体を取得する方法を発見したことに対して与えられたものではないと述べました. 実際、彼らのメリットは、高度に配向したグラファイトから非常に高品質のグラフェン層を分離し、その特性を詳細に研究できたことです。グラフェンの品質は、シリコン技術と同様に非常に重要です。彼らが非常に高純度のシリコンを得る方法を学んだとき、それをベースにしたエレクトロニクスが可能になりました。グラフェンも同様です。 Geim と Novoselov は、完全な層を持つ非常に純粋なグラファイトを使用し、1 つの層を分離することに成功し、その特性を研究しました。彼らは、この材料が独自の特性を持っていることを最初に証明しました。

アラ・アルシノワ： 海外で働くロシアにルーツを持つ科学者へのノーベル賞の授与に関連して、科学から遠く離れた私たちの同胞は、ここロシアで同じ結果に達することができるかどうか疑問に思っています?

ウラジミール・フェドロフ： おそらくそれは可能でした。彼らは適切なタイミングで出発しました。 Nature に掲載された彼らの最初の論文は、数人のチェルノゴロフカの科学者と共著でした。どうやら、ロシアの研究者もこの方向に取り組んだようです。しかし、説得力のある完成には至りませんでした。それは残念だ。おそらくその理由の1つは、外国の科学研究所で働くためのより好ましい条件です。私は最近韓国から来ましたが、韓国で与えられた労働条件と在宅勤務を比較することができます。ですから、私は何も心配していませんでした。家では、多くの時間を要し、常に主なことから気をそらしている日常業務でいっぱいです。必要なものはすべて提供され、驚くほどの速さで完了しました。たとえば、試薬が必要な場合は、メモを書きます。次の日に持ってきます。ノーベル賞受賞者の労働条件も非常に良いと思います。まあ、彼らには十分な忍耐力がありました。彼らは繰り返し良い素材を手に入れようとし、最終的に成功を収めました。彼らはこれに本当に多くの時間と労力を費やしており、その意味での賞は当然のことです。

アラ・アルシノワ： また、シリコンと比較したグラフェンの利点は正確には何ですか?

ウラジミール・フェドロフ： まず、物理学者が言うように、キャリアの移動度が高いとすでに述べましたが、電荷キャリアには質量がありません。質量は常に動きを遅くします。そしてグラフェンでは、電子は質量がないと見なすことができるように移動します。この特性はユニークです。同様の特性を持つ他の材料や粒子がある場合、それらは非常にまれです。グラフェンはこの点で優れていることが判明し、この点でシリコンに匹敵します.

第二に、グラフェンは熱伝導率が高く、電子デバイスにとって非常に重要です。とても軽く、グラフェンシートは透明で柔軟性があり、丸めることができます。グラフェンは、その製造に最適な方法が開発されれば、非常に安価になる可能性もあります。結局のところ、ゲームとノボセロフによって実証された「スコッチ法」は工業的ではありません。この方法では、非常に高品質のサンプルが得られますが、非常に少量であり、研究のみに使用されます.

そして現在、化学者はグラフェンを得る別の方法を開発しています。結局のところ、グラフェンの生産を開始するには大きなシートを入手する必要があります。ここ無機化学研究所でも、これらの問題に取り組んでいます。産業規模で高品質の材料を生産できる方法を使用してグラフェンを合成できれば、マイクロエレクトロニクスに革命をもたらすことが期待されます。

アラ・アルシノワ： グラフェンの多層構造は鉛筆と粘着テープを使って作ることができます。そして、科学実験室で使用されるグラフェンを取得するための技術とは何ですか?

ウラジミール・フェドロフ： いくつかの方法があります。それらの1つは非常に長い間知られており、グラファイト酸化物の使用に基づいています。その原理は非常に単純です。グラファイトは、酸化性の高い物質（硫酸、硝酸など）の溶液に入れられ、加熱すると酸化剤と相互作用し始めます。この場合、グラファイトはいくつかの葉に分割されるか、単原子層にさえ分割されます。しかし、得られた単層はグラフェンではなく、酸素、ヒドロキシル、およびカルボキシル基が結合した酸化グラフェンです。ここでの主なタスクは、これらの層をグラフェンに復元することです。酸化中に小さな粒子が得られるため、モノリスを得るには何らかの方法でそれらを接着する必要があります。化学者の努力は、製造技術が知られている酸化グラファイトからグラフェンシートを作る方法を理解することを目的としています。

これも非常に伝統的で長い間知られている別の方法があります-これは、ガス状化合物が関与する化学蒸着です。その本質は次のとおりです。まず、反応物質を気相に昇華させ、次に高温に加熱された基板を通過させ、その上に目的の層を堆積させます。初期試薬、例えばメタンが選択されると、水素が分離され、炭素が基質上に残るように分解され得る。しかし、これらのプロセスは制御が難しく、理想的な層を得ることは困難です。

グラフェンは、炭素の同素体修飾の 1 つです。

現在積極的に使用され始めている別の方法があります-挿入化合物を使用する方法です。グラファイトは、他の層状化合物と同様に、層間に「ゲスト分子」と呼ばれるさまざまな物質の分子を配置することができます。グラファイトは、「ゲスト」を提供する「ホスト」マトリックスです。ゲストがホストグリッドにインターカレートされると、レイヤーは当然分離されます。これこそまさに必要なことです。インターカレーションプロセスによってグラファイトが分解されます。インターカレートされた化合物は、グラフェンを取得するための非常に優れた前駆体です。そこから「ゲスト」を取り出し、層が崩壊してグラファイトに戻るのを防ぐだけです. この技術では、重要なステップは、グラフェン材料に変換できるコロイド分散液を取得するプロセスです。私たちの研究所では、このアプローチをサポートしています。私たちの意見では、これは最も進んだ方向であり、さまざまな種類のインターカレート化合物から最も簡単かつ効率的に分離層を取得できるため、非常に良い結果が期待されます。

グラフェンはハニカム構造に似ています。そして最近とても「甘い」話題になっています

もう一つ、全化学合成という方法があります。それは、必要な「ハニカム」が単純な有機分子から組み立てられているという事実にあります。有機化学には非常に発達した合成装置があり、非常に多様な分子を得ることができます。そのため、化学合成の手法でグラフェン構造を得ようとしています。これまでに、約200個の炭素原子からなるグラフェンシートを作成することができました。

グラフェン合成への他のアプローチも開発されています。多くの問題にもかかわらず、この方向の科学は順調に前進しています。既存の障害が克服され、グラフェンがハイテクの開発に新たなマイルストーンをもたらすという大きな自信があります。

タチアナ・ジミナ化学博士。

2010 年のノーベル物理学賞は、珍しいと同時に非常に有用な特性を示す二次元材料であるグラフェンの研究に対して授与されました。その発見は、新しい技術だけでなく、物質の構造に関する新しい知識をもたらす可能性のある基礎物理学の発展も約束します。今年のノーベル物理学賞受賞者は、アンドレ・ゲームとコンスタンチン・ノボセロフで、マンチェスター大学 (英国) の教授であり、モスクワ物理工科大学の卒業生です。

グラフェンの炭素原子は、六角形のセルを持つ二次元結晶を形成します。

2010 年ノーベル物理学賞受賞者のアンドレ・ガイム (1958 年生まれ) は、マンチェスター大学 (英国) の教授です。モスクワ物理工科大学を卒業し、固体物理学研究所 (チェルノゴロ) で博士論文を提出しました。

2010 年ノーベル物理学賞受賞者コンスタンチンノボセロフ (1974 年生まれ) は、マンチェスター大学 (英国) の教授であり、モスクワ物理工科大学を卒業しています。 Institute of Problems of Microelectronics Technology に勤務し、

グラフェンは炭素の同素体の 1 つです。これは、グラファイトの薄層を徐々に剥離することによって最初に得られました。折り畳まれたグラフェンは、ナノチューブまたはフラーレンを形成します。

グラフェンの可能なアプリケーションの 1 つは、DNA の化学構造を解読 (配列決定) するための新しい技術に基づく作成です。 Dekke 教授率いるカブリナノ科学研究所 (オランダ) の科学者

グラフェンは、厚さわずか 1 原子の材料であり、ハニカムのように配置された炭素原子の「グリッド」から六角形 (六角形) のセルに構成されています。これは、グラファイト、ダイヤモンド、ナノチューブ、フラーレンと並んで炭素の同素体です。この材料は、優れた電気伝導性、良好な熱伝導性、高強度を備え、ほぼ完全に透明です。

グラフェンをグラファイトの結晶格子に「レイ」するというアイデアは、炭素原子の弱く結合した層によって形成される層状構造です。つまり、グラファイトは、実際には、相互接続された一連のグラフェン層 (二次元結晶) として表すことができます。

グラファイトは層状の素材です。ノーベル賞受賞者がグラフェンを得るために使用したのはこの特性です。理論では、二次元の炭素材料は室温では存在できないと予測されていた (そして以前の実験で確認された) という事実にもかかわらず、それは他の同素体の炭素に変換されます。たとえば、ナノチューブや球状のフラーレンに折り畳まれます。

Andre Geim が率いる国際的な科学者チームには、マンチェスター大学 (英国) と、マイクロエレクトロニクス技術および高純度材料の問題研究所 (ロシア、チェルノゴロフカ) の研究者が含まれ、グラファイト層を剥離するだけでグラフェンが得られました。これを行うために、通常の粘着テープをグラファイト結晶に接着してから取り外しました。最も薄いフィルムがテープに残り、その中には単層フィルムがありました。 (「独創的なものはすべてシンプルだ!」) その後、この技術を使用して、高温超伝導体 Bi-Sr-Ca-Cu-O を含む他の 2 次元材料が得られました。

現在、この方法は「マイクロメカニカル分離」と呼ばれており、最大 100 ミクロンのサイズの最高品質のグラフェンサンプルを取得できます。

将来のノーベル賞受賞者のもう 1 つの優れたアイデアは、酸化シリコン (SiO 2 ) の基板上にグラフェンを堆積させることでした。この手順のおかげで、グラフェンは顕微鏡下での観察 (光学から原子間力まで) と研究が可能になりました。

この新しい材料を使った最初の実験では、科学者の手にあるのは単なる別の形態の炭素ではなく、固体物理学の古典理論の観点からは常に説明できない特性を持つ新しいクラスの材料であることが示されました。

得られた二次元材料は半導体であり、最高の金属導体の 1 つである銅と同様の導電率を持っています。その電子は、その結晶構造の特殊性に関連して非常に高い移動度を持っています。明らかに、グラフェンのこの品質は、そのナノメートルの厚さと相まって、現在の需要を満たさない将来の高速コンピューター、シリコンを含む電子機器で置き換えることができる材料の候補になります. 研究者たちは、ベーストランジスタの厚さが 10 nm 以下の新しいクラスのグラフェンナノエレクトロニクス (グラフェン上で電界効果トランジスタが既に得られている) が実現する日もそう遠くないと考えている。

現在、物理学者はグラフェンの電子の移動度をさらに高めることに取り組んでいます。計算によると、その中の電荷キャリアの移動度 (したがって導電率) の制限は、SiO 2 基板内の荷電不純物の存在に関連していることが示されています。「自由にぶら下がっている」グラフェン膜を得る方法を学べば、電子移動度を 2 桁、最大 2×10 6 cm 2 /V まで増加させることができます。と。そのような実験はすでに進行中であり、非常に成功しています。確かに、自由な状態の理想的な2次元フィルムは不安定ですが、空間で変形した場合（つまり、完全に平らではなく、波状など）、安定性が確保されます。このような膜は、たとえば、ナノ電気機械システム (表面に現れる単一の分子にも応答できる高感度ガスセンサー) の作成に使用できます。

グラフェンのその他の用途: スーパーキャパシタの電極、太陽電池、特定の導電率を持つ超軽量で高強度のもの (航空、宇宙船など) を含むさまざまな複合材料の作成。後者は非常に異なる場合があります。例えば、グラフェンとは異なり絶縁体であるグラフェン材料が合成された（「科学と生命」No.参照）。出発物質の各炭素原子に水素原子を結合することによって得られました。出発材料であるグラフェンのすべての特性が、グラフェンの単純な加熱 (アニーリング) によって回復できることが重要です。同時に、プラスチック（絶縁体）にグラフェンを加えることで、プラスチックを導体に変えます。

グラフェンのほぼ完全な透明性は、タッチスクリーンでの使用を示唆しており、その「超薄さ」を思い出せば、将来のフレキシブルコンピューター (新聞のように丸めることができる)、腕時計のブレスレット、ソフトライトパネルなどに使用される可能性があります。理解できる。

しかし、この材料をどのように応用するにしても工業生産が必要であり、実験室での研究で使用されるマイクロメカニカル分離法は適していません。したがって、それを取得するための膨大な数の他の方法が現在世界中で開発されています。グラファイト微結晶からグラフェンを得る化学的方法は、すでに提案されています。たとえば、そのうちの1つは、ポリマーマトリックスに埋め込まれたグラフェンを生成します。炭化ケイ素基板上での高圧および高温での蒸着、成長も記載されている。工業生産に最も適した後者の場合、基板の表層を熱分解することでグラフェンの性質を持った膜が形成されます。

物理研究の発展のための新素材の価値は素晴らしく素晴らしいものです。 Sergei Morozov (Institute for Problems of Microelectronics Technology and Very Pure Materials of the Russian Academy of Sciences) の Andre Geim と Konstantin Novoselov は、2008 年に Uspekhi fizicheskikh nauk 誌に掲載された論文で次のように指摘しています。新しい科学的パラダイム - 量子相対論的現象 (高エネルギー物理学でも実現できないものもある) を通常の実験室条件下で研究できる、固体の「相対論的」物理学 ... 固体で初めて状態実験では、量子電気力学のすべてのニュアンスと多様性を探求できます。つまり、研究には巨大な粒子加速器の構築が必要だった多くの現象が、世界で最も薄い材料であるはるかに単純なツールを使用して調査できるようになったという事実について話しているのです。

専門家のコメント

電界効果トランジスタについて考えました...

編集者は、ノーベル賞受賞者のアンドレ・ガイムとコンスタンチン・ノボセロフの業績について、同僚で共著者にコメントするよう求めました。ロシア科学アカデミー (チェルノゴロフカ) のマイクロエレクトロニクスおよび高純度材料の問題技術研究所の所長であるセルゲイモロゾフが、科学と生命の特派員であるタチアナジミナからの質問に答えます。

二次元のカーボン素材を手に入れるというアイデアはどのようにして生まれたのですか? 何に関連して？この形態の炭素から何か異常な性質を期待していましたか?

当初は、半金属から二次元材料を得るという目標はありませんでした。電界効果トランジスタを作ろうとしました。金属は、たとえ 1 原子の厚さであっても、これには適していません。自由電子が多すぎます。まず、グラファイト結晶から数え切れないほどの数の原子面を取得しました。次に、単一の原子層、つまりグラフェンが得られるまで、ますます薄いプレートを作成し始めました。

グラフェンは、20 世紀半ばから長い間、理論家によって検討されてきました。彼らはまた、二次元炭素材料の名前そのものを紹介しました. グラフェンは、グラフェン、グラファイト、ナノチューブ、フラーレンなど、他の形態の炭素の特性を計算するための出発点となった理論家 (実験的生産のずっと前) でした。また、理論的に最もよく説明されています。もちろん、理論家たちは、現在実験的に発見されている効果をまったく考慮していませんでした。グラフェンの電子は相対論的粒子のように振る舞います。しかし、相対論的粒子の場合にホール効果がどのように見えるかを研究することは、これまで誰も考えていませんでした。私たちは新しいタイプの量子ホール効果を発見しました。これは、グラフェンの電子サブシステムの独自性を最初に明確に確認したものの 1 つです。高エネルギー物理学で知られる、グラフェン固有のクラインのパラドックスについても同じことが言えます。従来の半導体や金属では、電子はポテンシャル障壁を通過できますが、その確率は 1 よりもはるかに低くなります。グラフェンでは、電子 (相対論的粒子のように) は無限に高いポテンシャル障壁を通過しても反射することなく透過します。

二次元炭素材料 (グラフェン) が室温で不安定であると信じられていたのはなぜですか? で、どうやって手に入れたの？

2 次元物質の不安定性を示した初期の理論家の研究では、無限の理想的な 2 次元系が言及されていました。後の研究では、2 次元系では、有限温度 (結晶の室温はかなり低い温度) で長距離秩序がまだ存在できることが示されました (これは結晶体に固有のものです。- Ed.)。しかし、懸濁液中の実際のグラフェンは明らかに完全に平らではなく、わずかに波打っています。その中の隆起の高さはナノメートルのオーダーです。電子顕微鏡では、これらの「波」は見えませんが、他の確認があります。

正しく理解すれば、グラフェンは半導体です。しかし、あちこちで定義を見つけます-半金属。それはどのクラスの材料に属しますか?

半導体には、ある幅のバンドギャップがあります。グラフェンはゼロです。したがって、ゼロバンドギャップ半導体またはゼロバンドオーバーラップ半金属と呼ぶことができます。つまり、半導体と半金属の中間的な位置を占めています。

人気のある文献のいくつかの場所では、他の二次元物質が言及されています。あなたのグループはこれらのいずれかを試しましたか?

グラフェンを取得してから文字通り1年後、他の層状結晶から2次元物質を取得しました。これらは、例えば、窒化ホウ素、いくつかのジカルコゲナイド、高温超伝導体 Bi-Sr-Ca-Cu-O です。それらはグラフェンの特性を再現しませんでした - それらのいくつかは一般的に誘電体であり、他のものは非常に低い導電性を持っていました. 世界中の多くの研究グループが二次元物質の研究に取り組んでいます。現在、グラフェン構造の基板として窒化ホウ素を使用しています。これにより、グラフェンの特性が根本的に改善されることが判明しました。また、複合材料を作成するためのグラフェンの使用について話す場合、窒化ホウ素はここでの主要な競合他社の 1 つです。

- グラフェンを製造するための最も有望な方法は何ですか?

私の意見では、現在、そのような主な方法は2つあります。 1つ目は、銅やニッケルだけでなく、いくつかの希土類金属の膜の表面での成長です。次に、グラフェンを他の基板に転写する必要がありますが、これはすでに学習済みです。この技術は、商用開発段階に移行しています。

別の方法は、炭化ケイ素上での成長です。しかし、現代のすべての電子機器が構築されているシリコン上でグラフェンを成長させる方法を学ぶことは素晴らしいことです. グラフェンエレクトロニクスは従来のマイクロエレクトロニクスの機能を自然に拡張するため、グラフェンデバイスの開発は飛躍的に進んだでしょう。

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