Учёные НИЯУ МИФИ описали, что происходит с диаманом при нагревании: двумерная алмазоподобная структура постепенно теряет водород и местами превращается в графен. Эта работа может пригодиться для полностью углеродной электроники, где в одном материале нужны и изоляторы, и проводники.
Исследование опубликовали Алексей Подливаев и Константин Катин в журнале Diamond & Related Materials. Они смоделировали нагрев диамана и увидели, что дальше всё идёт цепочкой: сначала с поверхности уходит один атом водорода, потом процесс ускоряется и затрагивает соседние связи.
Дальше картина становится неоднородной. В одних участках сохраняются алмазные связи между слоями графена, в других материал уже ведёт себя как биграфен — два слоя графена с разорванными связями между ними. Для наноустройств это вообще удобная история: в одном образце могут рядом жить области с разными электрическими свойствами.
Диаман интересен разработчикам не из-за красивой схемы. У него большая запрещённая зона, поэтому он может работать как диэлектрик в очень тонких электронных структурах, где обычные материалы быстро упираются в ограничения по толщине и стабильности.
Графен, наоборот, отлично проводит ток, но сам по себе плохо подходит на роль выключателя: у него нет классической запрещённой зоны. Поэтому углеродная наноэлектроника строится не вокруг одного идеального материала, а вокруг пары или набора слоёв с разными функциями. И вот тут диаман особенно полезен: он способен переходить из одного режима в другой под действием температуры.
По расчётам авторов, для сохранения алмазных свойств достаточно всего восьми атомов водорода. Такой участок диаметром около 0,3 нм может выступать как квантовая точка для сверхминиатюрных устройств. Сейчас команда планирует карту дегидрирования диамана — она поможет точнее воспроизводить нужные углеродные структуры в экспериментах.