Grafen znów budzi wielkie nadzieje. Przełomowe odkrycie

Międzynarodowy zespół badawczy kierowany przez Uniwersytet w Getyndze po raz pierwszy wykazał eksperymentalnie, że elektrony w dwuwarstwowym grafenie poruszają się jak cząstki bez masy, tak samo jak porusza się światło.

Naukowcom udało się także wykazać, że energię elektryczną można w tej strukturze włączać i wyłączać, co stwarza potencjał do opracowania nowych energooszczędnych nanotranzystorów. W badania zaangażowane były także Massachusetts Institute of Technology (MIT) w USA i Narodowy Instytut Nauki o Materiałach (NIMS) w Japonii. Wyniki opublikowano w czasopiśmie Nature Communications.

W normalnych warunkach elektrony poruszające się w przewodniku napotykają opór, tracąc energię. W dwuwarstwowym grafenie elektrony w pewnych warunkach mogą jednak poruszać się bez oporu, niczym fotony w próżni.

Odkrycie to może zrewolucjonizować elektronikę. Wyobraź sobie tranzystory wielkości kilku atomów, działające z prędkością światła i niemal bez zużycia energii. To właśnie obiecuje nam dwuwarstwowy grafen, otwierając drzwi do miniaturyzacji elektroniki na niespotykaną dotąd skalę.

Odkryty w 2004 r. grafen składa się z pojedynczej warstwy atomów węgla. Wśród wielu niezwykłych właściwości grafen znany jest z wyjątkowo wysokiej przewodności elektrycznej, która wynika z dużej i stałej prędkości elektronów poruszających się w tym materiale. Ta właściwość sprawiła, że ​​naukowcy marzą o wykorzystaniu grafenu do produkcji znacznie szybszych i bardziej energooszczędnych tranzystorów.

Więcej o grafenie przeczytasz na Spider`s Web:

Tu jednak pojawiał się problem I to spory. Aby nadać się na tranzystor, materiał do jego produkcji musi być kontrolowany w taki sposób, aby energię elektryczną można było włączać i wyłączać niczym włącznikiem światła. Grafen doskonale przewodzi prąd, ale nie nadawał się w ogóle na izolator.

Zespół z Uniwersytetu w Getyndze odkrył teraz, że dwie warstwy grafenu łączą w sobie to, co najlepsze z obu światów: strukturę, która wspiera zdumiewająco szybki ruch elektronów, poruszających się tak, jakby nie miały masy oraz umożliwia przełączanie przepływu energii elektrycznej.

Naukowcy wykazali, że stan ten można osiągnąć poprzez przyłożenie pola elektrycznego działającego prostopadle do materiału, dzięki czemu dwuwarstwowy grafen będzie izolował. Tę właściwość przewidywano już teoretycznie w 2009 r., ale zanim można było ją wykazać eksperymentalnie, potrzeba było znacznie lepszej jakości próbek, w tym materiałów dostarczonych przez NIMS, oraz ścisłej współpracy teoretycznej z MIT.

Chociaż eksperymenty przeprowadzono w temperaturach kriogenicznych - blisko 273 stopni Celsjusza poniżej zera, a nie w temperaturze pokojowej. Zdaniem naukowców pokazują one potencjał dwuwarstwowego grafenu w produkcji wysoce wydajnych tranzystorów.

Choć odkrycie jest przełomowe, droga do praktycznego zastosowania dwuwarstwowego grafenu w elektronice jest jeszcze długa. Wymaga dopracowania metod produkcji i kontroli tego wyjątkowego materiału. Potencjał jest jednak ogromny, a naukowcy na całym świecie z niecierpliwością śledzą postępy w tej dziedzinie.