Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2026, № 1 · ELECTRODYNAMICS

Anisotropy of local conductivity of graphene containing shungite by data of electric-forced microscopy method

I.V. Antonets1, E.A. Golubev2, V.I. Shcheglov3

1 Syktyvkar State University, Syktyvkar, Russia
2 Geology Institute Komy SC UrD RAS, Syktyvkar, Russia
3 Kotelnikov IRE RAS, Moscow, Russia
Full text DOI: 10.30898/1684-1719.2026.1.11 UDC 537.874 EDN EZNZVV

Abstract

The possibility of application resistive net method for analysis of local conductivity anisotropy of graphene containing shungite is investigated. It is brought the importance of task establishment for creation of microwave radiation screen. With application of electric-forced microscopy method it is received the cards of carbon and quarts distribution in specimens with small, middle and large carbon containing. It is made the binary discretization of received cards. On the basis of discretized cards it is made the construction of resistive nets. It is found the resistance cards dependences of the resistance quarts cell nominal. It is found two varieties of this dependencies: increment with saturation and increment with linearity. It is shown that the increment with saturation is dependent from through channel and increment with linearity is dependent from its absence. For revealing of anisotropy it is investigated the card resistance in two orientations: in initial and in turned on angle of 90 degree. It is proposed the anisotropy parameter which is equal to ratio of difference between cards resistances before the turning and after its to sum of these resistances before and after turning. It is found that for specimens with small and large carbon containing the anisotropy parameter is equal about 0.06-0.07 norm. un. and for specimens with middle carbon containing the anisotropy parameter is more increased and equal to 0.24 norm. un. It is proposed some recommendations for further development of investigations.

  • graphene containing shungite
  • electric-forced microscopy
  • resistive net
  • anisotropy
Аннотация (на русском)

Анизотропия локальной проводимости графеносодержащего шунгита по данным электросиловой микроскопии

Рассмотрена возможность применения метода резистивной сетки для исследования анизотропии локальной проводимости графеносодержащего шунгита. Отмечена важность постановки задачи для создания экранов электромагнитного излучения в СВЧ диапазоне. С помощью метода электросиловой микроскопии получены карты распределения углерода и кварца в образцах с малым, средним и высоким содержанием углерода. Выполнена бинарная дискретизация полученных карт. На основе дискретизированных карт выполнено построение резистивных сеток. Поострены зависимости сопротивления карт от номинала сопротивления ячейки кварца. Выявлены два вида таких зависимостей: возрастание с насыщением и возрастание линейное. Показано, что зависимость с насыщением обусловлена наличием сквозного канала, а зависимость линейная - его отсутствием. Для выявления анизотропии рассмотрены сопротивления карт в двух ориентациях - в исходной и в повернутой относительно исходной на 90 градусов. Введен параметр анизотропии, равный отношению разности сопротивлений карты до поворота и после него к сумме тех же сопротивлений до и после поворота. Установлено, что для образцов с малым и большим содержанием углерода параметр анизотропии составляет около 0,06-0,07 отн.ед., тогда как для образцов со средним содержанием углерода параметр анизотропии значительно увеличивается, достигая 0,24 отн.ед. Приведены некоторые рекомендации для дальнейшего развития работы.

For citation

Antonets I.V., Golubev E.A., Shcheglov V.I. Anisotropy of local conductivity of graphene containing shungite by data of electric-forced microscopy method // Journal of Radio Electronics. – 2026. – No. 1. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2026.1.11

References

  1. Мошников И.А., Ковалевский В.В., Лазарева Т.Н., Петров А.В. Использование шунгитовых пород в создании радиоэкранирующих композиционных материалов. // Материалы совещания "Геодинамика, магматизм, седиментогенез и минерагения северо-запада России. Петрозаводск: Институт геологии КарНЦ РАН. 2007. С.272-274.
  2. Лыньков Л.М., Махмуд М.Ш., Криштопова Е.А. Экраны электромагнитного излучения на основе порошкообразного шунгита. // Вестник Полоцкого государственного университета. Серия С. Фундаментальные науки. Новополоцк: ПГУ. 2012. №4. С.103-108.
  3. Лыньков Л.М., Борботько Т.В., Криштопова Е.А. Радиопоглощающие свойства никельсодержащего порошкообразного шунгита. // ПЖТФ. 2009. Т.35. №9. С.44-48.
  4. Лыньков Л.М., Борботько Т.В., Криштопова Е.А. Микроволновые и оптические свойства многофункциональных экранов электромагнитного излучения на основе порошкообразного шунгита. // Сборник трудов. 4-й международной конференции "Современные методы и технологии создания и обработки материалов". Беларусь. Минск. 2009. С.23-25.
  5. Emelyanov S.G., Kuzmenko A.P., Rodionov V.V., Dobromyslov M.B. Mechanisms of microwave absorption in carbon compounds from shungite. // Journal of Nano- and Electronic Physics. 2013. V.5. №4. P.04023-1 04023-3.
  6. Kuzmenko A.P., Rodionov V.V., Emelyanov S.G., Chervyakov L.M., Dobromyslov M.B. Microwave properties of carbon nanotubes grown by pyrolysis of ethanol on nickel catalyst. // Journal of Nano- and Electronic Physics. 2014. V.6. №3. P.03037-1 03037-2.
  7. Бойправ О.В., Айад Х.А.Э., Лыньков Л.М. Радиоэкранирующие свойства никельсодержащего активированного угля. // ПЖТФ. 2019. Т.45. №12. С.52-54. https://doi.org/10.21883/PJTF.2019.12.47921.17225
  8. Савенков Г.Г., Морозов В.А., Украинцева Т.В., Кац В.М., Зегря Г.Г., Илюшин М.А. Влияние добавок шунгита на электрический пробой перхлората аммония. // ПЖТФ. 2019. Т.45. №19. С.44-46. https://doi.org/10.21883/PJTF.2019.19.48318.17847
  9. Голубев Е.А., Антонец И.В., Щеглов В.И. Модельные представления микроструктуры, электропроводящих и СВЧ-свойств шунгитов. Сыктывкар: Изд.СыктГУ. 2017.
  10. Макеева Г.С., Голованов О.А. Математическое моделирование электронноуправляемых устройств терагерцового диапазона на основе графена и углеродных нанотрубок. Пенза: Изд. ПГУ. 2018.
  11. Golubev Ye.A., Antonets I.V., Shcheglov V.I. Static and dynamic conductivity of nanostructured carbonaceous shungite geomaterials. // Materials Chemistry and Physics. 2019. V. 226. №3. P.195-203.
  12. Антонец И.В., Голубев Е.А., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Динамическая проводимость графеносодержащего шунгита в диапазоне сверхвысоких частот. // ПЖТФ. 2018. Т.44. №9. С.12-18 https://doi.org/10.21883/PJTF.2018.09.46060.16883
  13. Антонец И.В., Голубев Е.А., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Исследование проводимости графеносодержащего шунгита волноводным методом. // Сборник трудов Международного симпозиума "Перспективные материалы и технологи". Витебск: Беларусь. 2017. С.6-9.
  14. Антонец И.В., Голубев Е.А., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Динамическая проводимость графеносодержащего шунгита в диапазоне сверхвысоких частот. // Сборник трудов XXV Международной конференции "Электромагнитное поле и материалы". М.: НИУ МЭИ. 2017. С.135-147.
  15. Гейм А.К. Случайные блуждания: непредсказуемый путь к графену. // УФН. 2011. Т.181. №12. С.1284-1298.
  16. Морозов С.В., Новоселов К.С., Гейм А.К. Электронный транспорт в графене. // УФН. 2008. Т.178. №7. С.776-780. https://doi.org/10.3367/UFNr.01788.2000807i8.0776
  17. Hill E.W., Geim A.K., Novoselov K., Schedin F., Blake P. Graphene spin valve devices. // IEEE Trans. Magn. 2006. V.42. №10. P.2694-2696.
  18. Castro Neto A.H., Guinea F., Peres N.M.R., Novoselov K.S., Geim A.K. The electronic properties of graphene. Rev.Mod.Phys. 2009. V.81. №1. P.109-162(54).
  19. Ковалевский В.В. Структура углеродного вещества и генезис шунгитовых пород. // Диссертация на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук. Петрозаводск. 2007.
  20. Шека Е.Ф., Голубев Е.А. О техническом графене - восстановленном оксиде графена - и его природном аналоге - шунгите. // ЖТФ. 2016. Т.86. №7. С.74-80.
  21. Миронов В.Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии. - М.: Техносфера. 2005.
  22. Banerjee S., Sardar M., Gayathri N., Tyagi A.K., Baldev Raj. Enhanced conductivity in grapheme layers and at their edges. // APL. 2006. V.88. №6. P.062111.
  23. Голубев Е.А. Электрофизические свойства и структурные особенности шунгита (природного наноструктурированного углерода). // ФТТ. 2013. Т.55. №5. С.995-1002.
  24. Антонец И.В., Голубев Е.А., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Исследование структурных и электрических свойств графеносодержащего шунгита по данным электросиловой спектроскопии. Часть 1. Концентрация углерода // Журнал радиоэлектроники. - 2018. - № 8. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2018.8.5
  25. Антонец И.В., Голубев Е.А., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Исследование структурных и электрических свойств графеносодержащего шунгита по данным электросиловой спектроскопии. Часть 2. Дискретность структуры // Журнал радиоэлектроники. - 2018. - № 8. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2018.8.6
  26. Антонец И.В., Голубев Е.А., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Исследование структурных и электрических свойств графеносодержащего шунгита по данным электросиловой спектроскопии. Часть 3. Удельная проводимость // Журнал радиоэлектроники. - 2018. - № 9. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2018.9.1
  27. Антонец И.В., Голубев Е.А., Щеглов В.И. Применение метода резистивной сетки для определения проводимости графеносодержащего шунгита по данным электросиловой микроскопии // Журнал радиоэлектроники. - 2025. - № 11. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.11.41
  28. Frank D.J., Lobb C.J. Highly efficient algorithm for percolative transport studies in two dimensions. // Phys. Rev. B. 1988. V.37. №1. P.302-307.
  29. Булавин Л.А., Выгорницкий Н.В., Лебовка Н.И. Компьютерное моделирование физических систем. Долгопрудный: Изд. Дом "Интеллект". 2011.