Аннотация результатов, полученных в 2017 году
Были созданы образцы нанопроводных транзисторов на основе одиночной углеродной нанотрубки и полупроводниковых органических молекул различного типа проводимости на основе карбозола, тиофена и тиофен-фенилена, такие как Perylenetetracarboxylic dianhydride (PTCDA), 5-гексил-5’-[4-(5’-гексил-2,2’-битиофен-5-ил)фенил]-2,2’-битиофен (LY106), трис(4-карбозол-9-илфенил)амин (TCTA); и полианилина. Была обнаружена значительная генерация фототока на структурах ОСНТ/PTCDA, что может быть связано с выравниванием уровня Ферми и эффективным разделением сгенерированных носителей заряда. При этом в исходных углеродных нанотрубок в отсутствии молекул фотоотклик не наблюдается. Было обнаружено, что генерация фототока начинает резко снижаться на частоте фотовозбуждения 1000 Гц при облучении 405 нм лазером, т.е. время экстракции носителей заряда в данных структурах составляет ~ 1 мс. Были созданы пленочные сенсорные структуры на основе углеродных нанотрубок, покрытых молекулярным слоем олигомеров и полимеров. Результаты по исследованию сенсорного отклика данных пленок демонстрируют перспективность их применения для мультисенсорных систем распознавания молекулярного состава окружения. Была предложена новая, высокопроизводительная методика безрезистивного получения функциональных слоев на графене с использованием локального воздействия фокусированного фемтосекундного лазера на канал полевого транзистора на основе графена. Обработанные лазером графеновые наноструктуры проявляют фотоактивность в видимом диапазоне. Наблюдался значительный фотоотклик и генерация фототока, которые более чем на два порядка выше фотоотклика в необработанных графеновых транзисторах. Была развита методика формирования нанопор при ионно-лучевом травлении углеродных наноструктур с учетом дополнительного фотоиндуцированного воздействия на углеродную решетку. Исследованы различные вклады фототермического и фотохимического процесса в модифицирование поверхности графена вблизи порога абляции. Продемонстрирован вклад захваченной между подложкой и монослоем графена воды, а также неравновесных дефектов в структуре графена на процесс абляции. Впервые наблюдалось локальное фотоокислительное травление графеновой структуры при энергиях ниже порога абляции, обеспечивающее более контролируемое и униформное формирование краев зазоров. Исследованы зависимости подвижности и проводимости для одиночной углеродной нанотрубки, а также для нанотрубок, покрытых карбозол и тиофен содержащими молекулами в диапазоне температур от 4 до 300 K. На примере молекул полианилина было показано, как функционализация углеродных нанотрубок улучшает взаимодействие и связь контакта молекула/нанотрубка. В целом, сформулированы принципы, на основе которых может быть предложена реализация технологических маршрутов для формирования оптопар на молекулярных проводниках, реализация которых будет продолжена на следующем этапе. Все результаты работ нашли отражения (в новостях, списках публикаций) на сайте научной группы www.bobrinet.ru.

Аннотация результатов, полученных в 2018 году
Проведен температурный анализ проводимости одномерных молекулярных каналов с контактами из углеродных нанотрубок в структурах в конфигурации полевого транзистора с нижним затвором. Было показано, что сопротивление канала увеличивается при уменьшении температуры, что характерно для полупроводниковых материалов, когда носителям заряда с уменьшением температуры становится всё сложнее преодолеть запрещённую зону, следствием чего является уменьшение энергии Ферми в УНТ и сдвиг уровней в молекулярном канале. Обнаружено, что при температурах ниже 100 K наблюдается квантование проводимости в канале, что может быть связано с локализацией носителей заряда в канале и повышением барьера между/внутри молекулярных переходов. Исследованы сенсорные свойства проводящих сеток углеродных нанотрубок, покрытых функциональными группами, в том числе органическими молекулами. Найдена корреляция между временем ультрафиолетового облучения в процессе функционализации и максимальным сенсорным откликом структур. Результаты показывают, что чувствительность к молекулам функционализированных нанотрубок обусловлена не только типом функциональных групп у нанотрубок, но также и влажностью атмосферы при эксперименте. Таким образом, выявлена селективность отклика к различным газам в зависимости от типа молекулярного покрытия. Предложена методика по определению времени жизни электронно-дырочных пар (экситонов) в системах с контактами из углеродных наноструктур и органическими наноразмерными каналами с помощью метода зонда накачки (Pump Push). Нижняя оценка дает величину более 50 пс. Тем не менее, данная величина требует уточнения при низких температурах в виду наличия значительного вклада ловушечных состояний в подложке при комнатных температурах. Разработаны технологические методики формирования параллельных массивов молекулярных элементов на основе как латеральных, так и вертикальных (пересекающихся) нанозазоров выполненных в виде нанопроводников (нанотрубок). Стабильность структур, сформированных одномолекулярных вертикальных проводников, ожидаемо, ниже по сравнению с молекулярными каналами, сформированными в планарной конфигурации. Тем не менее, данная методика может быть применима при формировании вертикальных гетероструктур на основе двумерных материалов и органических кристаллов. Была продемонстрирована возможность создания фоточувствительных молекулярных переходов с размерами канала, определяемыми параметрами углеродных нанотрубок и молекулярных цепочек: диаметр канала порядка 1 нм, длина - 20 нм. Сформированные молекулярные транзисторы проявляют высокую эффективность в управлении транспортных свойств, а также возможность наблюдения квантовых эффектов в конфигурации на подложке при низких температурах. Дальнейшее масштабирование технологии возможно в случае решения задачи стабилизации контакта молекулярного канала и углеродной решётки, которое может быть решено при мультифотонной ковалентной активации под действием сверхкоротких лазерных импульсов. В целом, были разработаны безмасочные методики формирования нанозазоров в планарных углеродных наноструктурах, созданы одномолекулярные транзисторные элементы с электродами на основе углеродных наноструктур, исследованы эмиссионные и фоточувствительные характеристики наноструктур на основе гетерогенных систем из углеродных нанотрубок, и функциональных, в том числе органических групп. Таким образом, сформулированы технологические принципы формирования и исследования одномолекулярных структур с переключаемыми транспортными и оптическими свойствами. Результаты работ были популяризированы для широкого круга читателей в следующих средствах массовой информации: https://stimul.online/news/datchik-sveta-tolshchinoy-s-atom/ http://www.polit.ru/news/2018/08/22/ps_rnf_graphene/ https://www.gazeta.ru/science/news/2018/08/21/n_11931829.shtml https://ria.ru/science/20180821/1526927819.html?referrer_block=index_archive_2 https://indicator.ru/news/2018/08/21/fotodetektor-iz-grafena/ https://news.rambler.ru/other/40481602-v-miet-vedetsya-razrabotka-fotodetektora-vidimogo-izlucheniya/ https://www.miet.ru/news/104431 https://www.rdmag.com/news/2018/08/direct-writing-method-graphene-modification https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=50782.php https://phys.org/news/2018-08-high-photoresponsivity-maskless-graphene-detectors.html