Китайские исследователи разработали технологию получения сверхгладких металлических сплавов. Этот материал стал идеальной подложкой для получения высококачественного графена, что открывает новые возможности для создания эффективной наноэлектроники.
Группа ученых из Пекинского университета и других научных центров Китая решила ключевую проблему материаловедения. Им удалось создать крупные однокристальные плёнки из сплавов меди, никеля, платины и палладия с практически идеальной, атомарно-гладкой поверхностью.
Основная трудность при создании таких материалов заключалась в процессе высокотемпературного отжига, необходимого для равномерного смешивания атомов разных металлов. При нагреве свыше 1000 °C на поверхности плёнки возникали дефекты — микроскопические отверстия и неровности, которые делали материал непригодным для применения.
Исследователи обнаружили, что эта проблема вызвана разницей в поверхностной энергии металлов. Они предложили простое, но эффективное решение: наносить металлы в строго определённом порядке. Сначала на сапфировую подложку наносится слой металла с высокой поверхностной энергией (например, никель), а сверху — слой меди с низкой энергией. При нагреве верхний слой стабилизирует поверхность, предотвращая образование дефектов, и в результате формируется идеально гладкий однородный сплав.
С помощью этого метода учёные получили однокристальные плёнки диаметром 4 дюйма (около 10 см) с минимальным количеством дефектов. На таких пластинах без контроля поверхностной энергии возникали тысячи разрывов, а с новой технологией — лишь десятки.
Главным практическим достижением стало использование тройного сплава медь-платина-никель в качестве подложки для получения графена. Обычно при высоких температурах на графене образуются складки и неровности из-за разницы теплового расширения с основой, что ухудшает его электронные свойства. Новая подложка позволила снизить температуру роста графена до 850 °C и практически полностью подавить образование складок.
В результате был получен однородный графен без морщин на всей площади пластины. Его электрическое сопротивление оказалось не только низким, но и исключительно равномерным по всей поверхности, что критически важно для массового производства электронных компонентов.
Разработка китайских учёных представляет собой значительный прорыв в материаловедении. Создание идеально гладких металлических подложек открывает путь к промышленному производству высококачественного графена для следующего поколения наноэлектроники, квантовых устройств и датчиков.
Источник: Global Energy
Изображение: Global Energy
