Новости

Результаты работы в будущем могут лечь в основу создания новых видов сенсорных и нейроморфных устройств.

 

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.

 

Ученые ТПУ 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», — отмечает автор-корреспондент исследования, профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ 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», — добавляет ученый.

 

В исследовании приняли участие ученые научной группы TERS-Team Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политеха, Университет Леобена (Австрия), Белградского университета (Сербия), Манчестерского университета (Великобритания), Венского технического университета (Австрия) и Национального института материаловедения (Япония).

 

Источник фото: пресс-служба Томского политехнического университета

Читайте также:

Тэги: технологии