Учёные НИЯУ МИФИ доцент Алексей Подливаев и профессор Константин Катин опубликовали в журнале Diamond & Related Materials исследование, которое описывает процесс превращения диамана — двумерной алмазоподобной структуры — в графен. Открытие, по мнению авторов, может стать основой для создания полностью углеродной электроники нового поколения.

Диаман представляет собой два слоя графена, соединённых прочными химическими связями, как в обычном алмазе. Это придаёт материалу выдающуюся твёрдость и широкую запрещённую зону, что делает его идеальным диэлектриком для ультратонкой электроники. Однако до сих пор оставалось неясным, что происходит с диаманом при нагревании.

С помощью компьютерного моделирования учёные проследили, как диаман разрушается при нагревании. Сначала от поверхности отрывается один атом водорода. Это требует много энергии, поэтому диаман остаётся стабильным до высоких температур. Но как только первый атом уходит, запускается цепная реакция: соседние атомы водорода тоже начинают отрываться один за другим, и область разрушения быстро разрастается, как снежный ком.

В этих зонах алмазные связи между графеновыми слоями разрываются, и диаман превращается в обычный биграфен. Так внутри одного материала одновременно возникают участки с разными свойствами — одни остаются диэлектриками, другие становятся проводниками. Учёные выяснили, что для сохранения алмазных свойств достаточно всего 8 атомов водорода — это островок диаметром 0,3 нм, который может работать как квантовая точка для сверхминиатюрной электроники.

По словам учёных, частично дегидрированный диаман, содержащий как диэлектрические домены, так и проводящие области биграфена, может стать ключевым материалом для полностью углеродной 2D-наноэлектроники. Открытие показывает, что диаман — не просто экзотический материал, а гибкая платформа для создания гетероструктур с заданными свойствами. Теоретические расчёты выполнены при поддержке гранта РНФ. В планах учёных — создание «карты» управления процессом дегидрирования диамана для точного воспроизведения различных углеродных структур.