В последние годы во многих лабораториях мира растет интерес к такой модификации обычного углерода, как графен. Он не является чем-то принципиально новым, по сравнению с другими известными в настоящее время модификациями, такими, как алмаз, графит, фуллерены или нанотрубки. По существу, это 2-мерный вариант обычного графита, а точнее, единичный плоский слой графита, в котором атомы углерода образуют решетку с гексагональными ячейками. Однако именно "недомерность" обусловливает ряд интересных свойств графена, делающих его весьма перспективным материалом для разработки новых электронных устройств, в частности, спинтронных.

Одним из таких свойств графена является то, что электроны в нем ведут себя так, как если бы они не имели никакой массы, т.е. они почти не проявляют никаких инерционных свойств. Электроны движутся так, что скорость их движения имеет почти такие же инвариантные свойства, как и скорость света в вакууме. Более того, даже если в графене нет свободных электронов, его электрическая проводимость никогда не падает ниже некоторого минимального уровня.

Высокая подвижность электронов в графене сравнима с их подвижностью в нанотрубках. Однако, в отличие от последних, технологии на основе графена значительно проще. При этом электроны ведут себя, скорее, как волны, а графеновые ленты могут выполнять функции своего рода электронных волноводов.

Такие ленты действительно могут быть изготовлены, как это было продемонстрировано международной группой ученых из Технологического института штата Джорджия (США) и Национального центра научных исследований (Франция) еще в прошлом году ("Science Express", апрель 2006). Кроме того, с помощью обычной техники электронно-лучевой литографии они создали в графеновых образцах различные структуры (размерами порядка 80 нм), на основе которых им удалось также создать чисто графеновые плоские полевые транзисторы. Правда, в этих первых прототипах наблюдалась значительная утечка тока. На основе графеновых структур они построили работающий прототип квантового интерференционного устройства, которое можно будет использовать в дальнейшем для управления электронными волнами.

О создании графенового монослойного полевого транзистора сообщила в начале этого года и группа Макса Лемме. Тесты показали, что подвижность зарядов в нем значительно превосходит подвижность в кремниевых полевых транзисторах типа MOSFET ("IEEE Electron Device Letters", Vol. 28, No. 4, апрель 2007).

Тогда же появилось и сообщение о создании первого одноэлектронного графенового транзистора ("Nature Materials", март 2007). Это разработка Андре Гейма и Константина Новоселова из Школы физики и астрономии Манчестерского университета. Размеры устройства - 1 атом толщиной и менее 50 атомов в ширину. Тем самым было показано, что графен не теряет своих замечательных свойств, даже будучи "нарезанным" на ленточки нанометровой ширины, что открывает замечательные перспективы для создания действительно наномасштабных электронных устройств.

Не менее интересные приложения ожидаются от применения многослойных материалов с использованием графена. Например, "сэндвичей" в виде слоев магнитных и немагнитных материалов, разделенных слоями графена. Такие композитные материалы могут найти применение в спинтронике для создания всего спектра спинтронных устройств: перезаписываемых микрочипов, транзисторов, логических вентилей и т.д.

О создании одного из компонентов для такого рода устройств было, в частности, сообщено в июньском номере журнала "Applied Physics Letters". Исследование Эллена Голдмана и Масайи Нишиоки из Университета Миннесоты касается особенностей переноса спина в многослойном графене. Ученые разработали "спиновый клапан" и впервые наблюдали управляемое магнитным полем изменение сопротивления. Эффект, правда, был очень слабым - 0,39%. Но в качестве первого шага он весьма вдохновляет исследователей. Одним из будущих приложений может стать, по их мнению, создание энергонезависимой памяти нового типа. Над созданием спиновых клапанов работает и уже упомянутая группа Андре Гейма из Манчестерского университета.

У графена, по-видимому, действительно довольно светлое будущее. Но, как и в случае с нанотрубками, путь от лабораторий до производственных цехов не очень короткий.

Сергей САНЬКО