Российские ученые разобрались с аномалиями графена

Объяснение необычным свойствам графена нашла группа российских ученых, в том числе из Института теоретической физики имени Ландау (ИТФ), 6 апреля сообщил Интерфакс.

Был найден универсальный параметр графена, описывающий и объясняющий ряд его необычных свойств, открывающих большие перспективы для получения новых материалов.

Новое открытие наших ученых касается объяснения необычного поведения графена при растяжении: он не утончается, как, например, кусок резины, а наоборот, расширяется, утолщается в поперечном направлении. Материалы с подобными свойствами были открыты около ста лет назад и получили название ауксетиков.

У ауксетика графена есть и другие необычные свойства — например, он сжимается при повышении температуры. «Существует идея создавать при помощи ауксетиков материалы с нулевым коэффициентом расширения. Для этого нужно соединить „классический“ материал и ауксетик», — объяснил один из авторов Валентин Качоровский, сотрудник Физико-технического института имени Иоффе и ИТФ им. Ландау.

Величиной, характеризующей поперечное растяжение или сжатие материала при его растяжении, является коэффициент Пуассона. Как рассказывает Качоровский, «до недавнего времени мы не знали не только его величину, но даже знак... Ряд недавних численных расчетов показал, что коэффициент Пуассона графена может быть как положительным, так и отрицательным». Ученые доказали зависимость коэффициента Пуассона у графена от т. н. длины Гинзбурга, характеризующей масштаб, на котором коэффициент Пуассона меняет свой знак.

Нормальное и аномальное поведение графена, зависящее от приложенной к нему силы, дают огромные возможности для создания гиперчувствительных сенсоров. «Звуковые волны растягивают графеновую мембрану, и в зависимости от степени растяжения у графена заметно меняется электрическое сопротивление. Расчеты показывают, что чувствительность такого сенсора может оказаться гигантской... В ауксетиках скорость звука заметно выше, чем в „нормальных“ материалах... Это позволяет создавать сверхбыстродействующие сенсоры, которые смогут улавливать очень быструю смену колебаний», — пояснил Кочаровский.

Напомним, графен представляет из себя двухмерную гексагональную кристаллическую решетку из атомов углерода, первые образцы которого были получены в 2004 году русскими учеными Андреем Геймом и Константином Новоселовым в Манчестерском университете. За это открытие в 2010 году им присудили Нобелевскую премию по физике.