Химия - Графеновые наноленты - Идеальные наноленты

Рис. 1. Способы нарезки графеновой плоскости на наноленты. Пунктирные линии соответствуют центрам нанолент. Красные границы соответствуют нанолентам с границами типа зигзаг, а зелёные — типа кресло. Синяя нанолента имеет смешанный тип границы.

Так как графен является полуметаллом, то невозможно избавиться от носителей в нём при приложении затворного напряжения, и поэтому всегда будет существовать высокий ток утечки в графеновых структурах. Для преодоления этого нежелательного эффекта предлагается использовать узкие полоски графена, из-за размера называемые нанолентами, где благодаря квантово-размерному эффекту возможно образование запрещённой зоны, ширина которой обратно пропорциональна поперечному размеру ленты.

Рис. 2. Наноленты с границами в виде кресла и зигзага.

Однако не все наноленты в теории обладают запрещённой зоной, поскольку это сильно зависит от расположения граничных атомов, и в общем случае все наноленты с расположением атомов на краю зигзагом не имеют запрещённой зоны, то есть являются металлическими. На рис. 1. показано как из бесконечного графена можно нарезать различные наноленты в зависимости от ориентации обладающие разным расположением атомов на границах. Если атомы расположены в виде кресла, и количество их отлично от N=, где M — целое число, образуется запрещённая зона , N — число димеров, как показано на рис. 2, ширина наноленты. Существует простая аналитическая модель основанная на использовании уравнения Дирака для графена с помощью которой можно оценить ширины запрещённых зон для идеальных графеновых нанолент, где граничные атомы расположены в виде кресла или зигзагом. Для исследования графеновых нанолент с шероховатыми границами используются аналитические методы: адиабатическое приближение; либо более сложные методы численного моделирования: приближение сильной связи, метод функционала плотности.