Наша сеть партнеров Banwar
Американським вченим-матеріалознавцям вдалося створити двовимірне (одноатомного) речовина на основі германію з включеними в нього атомами водню. Його назвали "германан". Досліди показали, що германан є відмінним полупроводником, електрику через нього проходить в рази швидше, ніж через кремній, і він дуже стійкий, що не окислюється. 
Сьогодні вже багато хто забув про те, що саме германій, а не кремній вважався найперспективнішим матеріалами для створення мікроскопічних транзисторів. Один з творців знаменитої Кремнієвої долини (у нас її помилково називають Силіконової), а також творець сучасної напівпровідникової електроніки фізик Вільям Шоклі отримав Нобелівську премію за біполярний транзистор, створений саме з германію. Цьому елементу пророкували велике майбутнє, але життя, як зазвичай, розставила все на свої місця.
Коли інженери почали активно експериментувати з германієвими транзисторами, з'ясувалося, що у даного елемента таблиці Менделєєва під номером 32 є один істотний недолік. Він досить швидко окислюється на повітрі, а виходить оксид вже не володіє тими унікальними властивостями напівпровідника, як чистий германій. Цей мінус відразу ж перекрив всі плюси германієвих транзисторів - адже повністю ізолювати їх від проникнення повітря в умовах, по крайней мере, нашої планети практично неможливо.
Запаси германію не рідкісні в земній корі, його кількість в п'ять разів перевершує срібло, однак германій дуже складно добувати, оскільки цей елемент майже не утворює власні мінерали. Зазвичай він зустрічається у вигляді домішки до поліметалічних, вольфрамовим або нікелевим руд, а також як добавка в силікату. Звідти германій виділяють у вигляді оксиду, який після відновлюють воднем при температурі в 600 градусів. А це, як ви розумієте, дуже дорогий процес - недарма зараз ціна за один кілограм германію дорівнює 1200 доларів США.
Саме тому вчені з Кремнієвої долини вирішили відмовитися від германієвих транзисторів і використовувати в електроніці його родича - кремній. І хоча швидкість електронів в кремнієвих транзисторах була в п'ять разів нижче, ніж в германієвих, стійкість цього елемента на повітрі і його дешевизна виявилися вирішальними - напівпровідникові прилади з кремнію завоювали весь світ.
Читайте також: Графен не залишить терористам шансів
Втім, роботи по використанню германію не припинилися, адже крім транзисторів цей елемент присутній у багатьох приладах, наприклад, в детекторних діодів. І весь цей час вчені намагалися різними способами зменшити здатність матеріалів з даного елемента окислятся на повітрі, тобто підвищити їх стійкість. І ось недавно групі матеріалознавців з Університету штату Огайо (США), яку очолює доктор Джошуа Голдбергер, вдалося це зробити.
В результаті серії експериментів вчені створили значний за розмірами двовимірний (тобто одноатомний в товщину) зразок речовини на основі германію. Подібне вже створювалося на основі багатьох речовин, наприклад, вуглецю - його двовимірна модифікація називається графан (гидрірованний графен, в якому кожен атом вуглецю пов'язаний додатково з атомом водню). Водень є і в схожому новому речовині на основі германію, тому розробники назвали його германаном (по аналогії з графаном).
Для того, щоб отримати цю речовину, дослідники застосували нестандартну методику. Звичайний германій складається з багатошарових кристалів, в яких окремі атомарні шари нестабільні, тобто вони можуть зміщуватися один щодо одного. І для того, щоб отримати стійкий шар з германію вчені групи Голдбергера виростили кристали цього елемента з включеннями з атомів кальцію. Коли формування кристалів закінчилося, кальцій був розчинений у воді, а на місця, що звільнилися вчені впровадили атоми водню. Саме це і дозволило без всяких проблем відокремити від вихідного кристала одноатомні шари.
Після того, як германан був отриманий, вчені-матеріалознавці вивчили його фізичні і хімічні властивості. З'ясувалося, що включений в його склад водень додав матеріалу стабільність - германан зовсім окислюється на повітрі. Але найбільший сюрприз чекав дослідників, коли вони виміряли електронну провідність нового речовини - з'ясувалося, що швидкість руху електронів в германане в п'ять разів вище, ніж в чистому германии, і в десять разів - ніж в кремнії!
Це, як ви розумієте, моментально зробило германан одним з найперспективніших матеріалів для напівпровідникової електроніки майбутнього. Справа в тому, що зараз при тенденції мініатюризації транзисторів швидкість переміщення електрона в напівпровіднику відіграє значну роль - адже при малих розмірах транзистора і повільному електроні ефективність роботи пристрою істотно знижується. Таким чином, у германію з'явився шанс взяти реванш у кремнію і витіснити його з сучасною комп'ютерною сфери та інших високотехнологічних галузей.
Читайте також: Крапельний вітряк замість електрогенератора
Крім того, вчені з'ясували, що германан, на відміну від кремнію, є прямопереходним полупроводником, тобто в ньому електрон при переході із зони провідності в валентну зону не втрачає свій імпульс. А це означає, що при цьому може випускати фотон (чого не відбувається в кремнії). Подібна властивість робить перспективним використання германана в оптоелектроніці - приладах, де відбувається перетворення електромагнітного випромінювання оптичного діапазону в електричний струм і назад (фототранзистори, фоторезистори і т. П).
Отже, наука внесла свої корективи - виявилося, що час панування кремнію в електроніці не безкінечна, а напівпровідники на основі германію рано було скидати з рахунків. Вчені в черговий раз підтвердили і той факт, що старі розробки забувати не слід - вони можуть служити джерелами нових ідей. Це сталося і з германієвими транзисторами, які в новій якості знову повертаються на ринок електроніки ...
Читайте найцікавіше в рубриці "Наука і техніка"