КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 19-72-10046

НазваниеЭкспериментальное и численное исследование наноструктурированных материалов на основе графена и его соединений

РуководительНебогатикова Надежда Александровна, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регионФедеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирская обл

Срок выполнения при поддержке РНФ07.2019 - 06.2022

КонкурсКонкурс 2019 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе, 02-204 - Нано- и микроструктуры

Ключевые слова2D-материалы, наноструктурирование, ионы высоких энергий, квантовые точки, молекулярная динамика, DFT, вертикальные и латеральные гетероструктуры

Код ГРНТИ29.19.22


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
В проекте предполагается экспериментально и теоретически развивать направление получения новых наноструктурированных материалов. Под наноструктурированием в данном проекте подразумевается локальное изменение структуры, а также механических, электрических и оптических свойств материала. Такие изменения могут быть реализованы за счёт частичного удаления материала, изменения его геометрии либо изменения стехиометрического состава. Например, в случае графена формирование в нем наноотверстий может приводить к открытию запрещённой зоны. Крайне важно одновременно с формированием подобных антиточек в графене обеспечить особую геометрию (реконструкцию) края отверстий. В противном случае влияние образующихся структурных дефектов будет существенным и, к сожалению, негативно скажется на свойствах модифицируемых плёнок. В настоящее время такая проблема наблюдается для достаточного большого числа различных подходов по формированию пор в одно- и многослойном графене. Определяющая роль, как уже было показано теоретически и экспериментально, принадлежит краевым дефектам. Использование такого уникального воздействия как облучение ионами высоких энергий в сочетании с химической функционализацией графена обеспечивает новый подход не только к получению новых материалов, но и к созданию вертикальных или латеральных гетероструктур из наноструктурированных материалов. Локальное и кратковременное выделения большого количества энергии в треках ионов позволит управлять результатом структурирования путём варьирования энергии в широком диапазоне, изменения толщины материала (или сочетания слоёв в случае гетероструктур) и теплопроводности плёнки (или подложки). Результатом будет существенно разная величина пор (от единиц до десятков нанометров) и степень реконструкции слоёв вплоть до полного замыкания оборванных связей между слоями (так называемые сварные структуры). Для вертикальных гетероструктур будет исследована возможность реконструкции оборванных связей между слоями из разных материалов. Аналогичный по идее подход к локальной модификации свойств может быть реализован другим образом, путём химической функционализации или дефункционализации. Так, например, можно формировать графеновые квантовые точки в диэлектрической матрице фторографена или антиточки из изолирующего гидрированного графена в слое графена. Такой подход решает проблему краевых дефектов. Кроме того, химическая функционализация дефектов в слоях с нанопорами должна работать как дополнительный инструмент управления свойствами наноструктурированного материалами. Ещё один ожидаемый результат связан с развитием методов получения из мультиграфена двумерных алмазоподобных плёнок, когда сочетание обучения и химической функционализации обеспечит переход от sp2- к sp3-гибридизации углеродных атомов и образованию связей между соседними слоями. Таким образом, в данном проекте планируется создание и исследование материалов на основе наноструктурированного графена с возможностью управления их структурой и электрическими свойствами.

Ожидаемые результаты
1. Будут определены условия (вид подложки, количество облучаемых монослоёв) и режимы облучения (выделяемая энергия, доза, температура облучения), когда происходит формирование нанопор заданного размера (от единиц до десятков нанометров) в графене. Плёнки будут создаваться из графена и графеновой суспензии. 2. Будут определены режимы облучения ионами, когда имеет место удаление атомов фтора с поверхности фторированного графена и формирование квантовых точек. Теоретически и экспериментально исследованы структура квантовых точек (КТ) и спектр энергетических уровней. 3. Будут определены изменения свойств (проводимость, подвижность носителей, появление запрещённой зоны, наличие локализованных состояний, возможность модулировать ток в плёнке напряжением на затворе в транзисторных структурах) нанопористых слоёв, связанные с вертикальной реконструкцией оборванных связей в порах в процессе их формирования. Будет проведено исследование свойств химически пассивированных фтором нанопористых плёнок. 4. Будет проведено сравнение структурных и электрических нанопористых материалов, полученных с использованием облучения, и функционализированных плёнок, когда функционализация также приводит к формированию антиточек (например, гидрирование). 5. Будут найдены методы регулирования процесса формирования КТ при фторировании графена в водном растворе плавиковой кислоты с целью управления размерами КТ и разделяющих их фторированных областей. Работа направлена на создание мультибарьерных латеральных гетероструктур “графен / фторографен” для различных электронных приложений. 6. Будут созданы и облучены вертикальные гетероструктуры «графен / фторированный графен» или “графен / нитрид бора”, созданные переносом CVD-выращенного графена либо на основе слоёв из суспензий. Исследование модифицированных гетероструктур даст информацию о взаимодействии графена с другими материалами при облучении. 7. Будет проведено моделирование многослойных графеновых структур быстрыми тяжёлыми ионами. Будет исследована эволюция атомной структуры облучённых плёнок. 8. Будет исследована возможность формирования алмазоподобных двумерные плёнок DLC на основе плёнок графена, функционализированного N-метилпирролидоном либо фтором, а также при облучении ионами с энергиями менее 0.5 МэВ/нуклон. Будет проведено моделирование образования нерегулярной квазидвумерной алмазоподобной (sp3-гибридизованной) углеродной плёнки (2D-DLC).


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ