Зморшки графену створили електричний ефект у мільйони разів сильніший, ніж очікували
Графен — одноатомний шар вуглецю — майже ніколи не лежить абсолютно рівно. На реальній поверхні він утворює хвилі, складки та нанозморшки. Дослідники Rice University показали, що саме ці дефекти можуть бути джерелом надзвичайно сильного локального електричного ефекту.
Йдеться про флексоелектрику — появу електричної поляризації через нерівномірне механічне деформування. На відміну від п’єзоелектрики, для неї не обов’язково потрібен матеріал зі спеціальною кристалічною симетрією.
Різкий вигин розділяє заряд
Якщо матеріал просто рівномірно розтягнути, всі його ділянки зазнають приблизно однакової деформації. У зморшці ситуація інша: одна сторона вигнута сильніше, інша слабше, і градієнт деформації може зміщувати електронну густину.
У графені цей ефект особливо сильний через його атомну тонкість. Дуже малий радіус кривизни означає величезний градієнт на надзвичайно короткій відстані.
Експериментальні вимірювання підтвердили локальне розділення заряду біля нанозморшок. За оцінками команди, ефективна поляризація на таких ділянках може бути на багато порядків сильнішою, ніж у великих об’ємних матеріалах із класичною флексоелектричною відповіддю.
Дефект може стати функцією
Зазвичай зморшки в двовимірних матеріалах вважають небажаною нерівністю, яка псує характеристики пристрою. Але нова робота показує, що геометрію можна використати як спосіб керування електронними властивостями.
Якщо навчитися формувати вигини заданої форми, на одному аркуші графену можна створювати ділянки з різною локальною поляризацією без зміни хімічного складу.
Це може бути корисно для наносенсорів, енергозбирання з механічних коливань і керування рухом заряду в надтонких електронних системах.
Поки що відкриття є фундаментальним: воно показує сам механізм і його несподівано велику силу. Проте в ширшому сенсі результат змінює ставлення до геометрії двовимірних матеріалів — вигин виявляється не просто формою, а окремим способом програмувати електричні властивості.
Окремо дослідників цікавить можливість керувати ефектом механічно. Якщо локальну зморшку можна створити, перемістити або розгладити, електрична відповідь теж має змінюватися. Це перетворює наногеометрію на потенційно динамічний елемент електронного пристрою, а не лише на незмінний дефект матеріалу.
