Исследователи Томского политехнического университета в рамках международной коллаборации экспериментально доказали, что вода на краях графеновых нанолент способна изменять их электрические характеристики. Это открытие может стать основой для разработки новых сенсоров и нейроморфных устройств, рассказали в пресс-службе Минобрнауки России.
Влияние воды на электронные свойства наноматериалов до конца не изучено. Ученые ТПУ с коллегами провели эксперименты с одно- и многослойным графеном на подложках из нитрида бора. Образцы помещали во влажную среду, а затем измеряли их характеристики при разных температурах — как в вакууме, так и при контролируемой влажности.
Коллективная динамика воды может стабилизировать ферроэлектрический эффект за счет образования водных кластеров, связанных межмолекулярными кулоновыми связями. Она позволяет наноразмерным материалам выдерживать сильные электрические поля и сохранять поляризацию. Наши эксперименты показали, что десорбция снижает ферроэлектрический отклик, а повторное увеличение влажности восстанавливает этот эффект. Таким образом, вода может выступать как переключатель дипольного поля под управлением внешнего поля и температуры.
Оказалось, что многослойные графеновые структуры удерживают водяной диполь дольше однослойных и сохраняют ферроэлектрический отклик даже при высоких температурах.
Ученый добавляет, что не просто наличие воды, а именно коллективное поведение водяных молекул на краях графеновых наноразмерных материалов управляет ферроэлектрическим эффектом. Понимание этих процессов может лечь в основу создания новых типов водных переключателей для сенсорных устройств и нейроморфных вычислений.
В исследовании участвовали специалисты из ТПУ, Университета Леобена (Австрия), Белградского университета (Сербия), Манчестерского университета (Великобритания), Венского технического университета (Австрия) и Национального института материаловедения (Япония).
Работа выполнена при поддержке программы «Приоритет-2030», ее результаты опубликованы в высокорейтинговом журнале Nature Communication.
Ранее в России был разработан новый метод получения графена для электроники.
