Российские и зарубежные ученые экспериментально показали, что вода на краях графеновых нанолент может менять электрические свойства таких устройств. Результаты работы в будущем могут лечь в основу создания новых видов сенсорных и нейроморфных устройств. Исследование опубликовано в журнале Nature Communication, сообщила пресс-служба Томского политехнического университета.
При взаимодействии с водой наноразмерные материалы могут радикально менять свои электронные свойства (перенос заряда, образование локальных полей, появление ферроэлектрического отклика и многое другое). До конца ее влияние на такие материалы не изучено.
Российские ученые совместно с коллегами провели серию экспериментов с однослойными и многослойными графеновыми наноразмерными материалами на подложках из нитрида бора. Из них изготавливали полевой транзистор, их помещали во влажную среду (22-26% относительной влажности) минимум на 30 минут и далее измеряли передаточные характеристики при температурах от 120 до 400 градусов Кельвина. Исследования проходили в двух средах — в вакууме и при контролируемой влажности воздуха.
«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 с откачкой и повторной "активацией" водой графеновых материалов 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», — отметил автор-корреспондент исследования, профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политехнического университета Рауль Родригес.
Результаты исследования ученых показали, что многослойные графеновые наноматериалы удерживают водяной диполь до одного часа дольше, чем однослойные. При этом у однослойных материалов ферроэлектрический отклик зависит от температуры — при ее увеличении поляризация снижается. А многослойные графеновые наноматериалы сохраняют ферроэлектрический отклик даже при высокой температуре.
«Важно отметить, что не просто наличие воды, а именно коллективное поведение водяных молекул на краях графеновых наноразмерных материалов управляет ферроэлектрическим эффектом. В многослойной системе кластеры воды образуют устойчивую связь, которая стабилизирует поляризацию и создает устойчивое электромагнитное поле. В однослойной системе такие связи практически отсутствуют, поэтому ферроэлектрический эффект менее устойчив к температурным колебаниям. Понимание этих процессов может лечь в основу создания новых типов водных переключателей для сенсорных устройств и нейроморфных вычислений», — добавил Рауль Родригес.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
