Исследователи Пекинского университета разработали способ стабильно получать ромбоэдрический графен — особую форму материала, которая раньше попадалась крайне редко. Образцы имеют чистоту более 99%, размер до 160 на 80 микрометров и толщину до 120 нанометров. Число слоёв можно регулировать от нескольких десятков до нескольких сотен. Такая структура считается перспективной для квантовых технологий.
Обычный графен чаще всего складывается в более стабильную конфигурацию ABAB. Ромбоэдрическая укладка ABCABC встречается редко и легко переходит в обычную. Зато в ней электроны ведут себя необычно: сильно взаимодействуют друг с другом и могут образовывать коллективные квантовые состояния, включая сверхпроводящие и фазы квантового эффекта Холла.
Это делает материал интересным для создания топологических кубитов. В таких кубитах информация кодируется в общем состоянии системы, а не в одном хрупком локальном объекте, поэтому они лучше защищены от шума — одной из главных проблем квантовых компьютеров.
Как получали раньше и что изменилось
До сих пор нужную укладку в основном искали вручную. Графит расслаивали скотчем и под микроскопом выбирали редкие подходящие чешуйки. По словам соавтора работы Чжан Чжибиня (Zhang Zhibin), правильная структура встречалась менее чем в одном проценте образцов. Для отдельных физических экспериментов этого хватало, но для реального производства — нет.
Новый метод позволяет выращивать ABC-слои контролируемо. Исследователи используют поверхность оксида алюминия с микроскопической ступенькой, которая задаёт направление укладки. На неё наносят медно-никелевый сплав — он служит и катализатором, и шаблоном роста. При высокой температуре углерод собирается в графен, а финальный этап «заставляет» последующие слои сохранять смещение в последовательности ABC.
«Образцы, которые мы получили, имеют чистоту свыше 99 %, максимальные размеры 160 на 80 микрометров и толщину до 120 нанометров. Число слоёв мы можем настраивать от нескольких десятков до нескольких сотен», — рассказал руководитель исследования Лю Кайхуэй (Liu Kaihui).
Что это даёт
По словам Лю Кайхуэя, материал представляет собой удобную платформу для изучения квантовых явлений. По сравнению с похожими системами он относительно доступен и проще в обработке. Пока сложно предсказать, насколько далеко зайдёт его применение, но подготовка качественного материала — необходимая основа для дальнейших разработок.
Двумерные материалы уже используют в акустических плёнках и теплопроводящих элементах для литографических машин. В чипах пока нет массовой замены кремния, однако растёт интерес к интеграции таких материалов в самые критичные зоны — например, в энергоёмкие участки ИИ-чипов или области памяти с высокой плотностью.
В ближайших планах команды — соединять небольшие куски ромбоэдрического графена в более крупные листы, пригодные для устройств. Если метод удастся масштабировать, это может приблизить создание более устойчивых к помехам квантовых систем.
