Чудото од линијата со моливи - физика; Повеќе - FAZ
Во електрониката денес сè е мало, многу мало. Значи, ако материјалот сака да го револуционизира повторно, како што тоа го сторил силициумот некогаш, тогаш тој треба да дозволи особено филигрански димензии - но не и во сите три просторни насоки. Можеби е доволно ако е милион пати потенок од лист хартија. Како форма на јаглерод што, за разлика од графитот, не се состои од многу паралелни слоеви, туку од една рамнина на вкрстено поврзани атоми слични на саќе. Изненадувачки стабилниот кристал се нарекува графен - со акцент на крајот.
Долго време, новиот омилен материјал на физичари во цврста состојба се сметаше за чисто теоретски конструкт. Се веруваше дека вибрациите на атомите едни против други ќе ја уништат таквата мрежа. Значи, изненадувањето беше големо кога Андре Геим и Костја Новоселов претставија мали графички снегулки пред три години. Физичарите од Манчестер успеаја да го произведат со техника прилично приземна: Користејќи обична леплива лента, тие излупија слоеви од мали графитни кристали, како оние што се наоѓаат во секоја трага на молив, дебели неколку атомски слоеви. Тие ги притискаа тромбоцитите врз основата направена од силициум оксид и го повторуваа процесот сè додека не беа присутни индивидуални кристали од графен.
Светлосни бранови во модел на саќе
Фактот дека дводимензионалните кристали не се тркалаат или не се собираат заедно, како што се претпоставува, е благодарение на светлосните бранови во редовна шема на саќе: стабилизирачките вдлабнатини се високи само нанометар и опфаќаат околу сто атоми. Ова неодамна го покажаа мерењата на институтот Макс Планк за истражување на цврста состојба во Штутгарт.
Извонредните електронски својства на графенските кристали брзо го разбудија интересот на индустријата за полупроводници. Бидејќи и покрај тоа што графенот не е ниту полупроводник ниту метал, тој спроведува електрична енергија и топлина исклучително добро. Ова е последица на структурата на саќе: од четирите електрони со кои секој атом на јаглерод може да се поврзе со надворешноста, потребни се само три во структурата на саќе. Четвртиот може да биде каде било на ниво на кристал и, во соработка со неговите специфики, може да се лизне скоро непречено од судири со атомите на решетката и да пренесува електрична енергија со мала загуба.
Ова е местото каде што графикот е корисен. Бидејќи минијатуризацијата на електронските компоненти изработени од силикон ќе ги достигне своите физички граници во догледна иднина. Тогаш треба да се најде нов материјал што овозможува понатамошно минимизирање на елементите на колото. Графиконите можат да бидат соодветен кандидат за ова.
Тесни ленти од графен наместо бакарни линии
Макс Леме од Здружението за применета микро- и оптоелектроника (АМО) истражува во Ахен до кој степен графенот е погоден за употреба во електронски компоненти. Неговата работна група спроведува два пристапа: Од една страна, тесните ленти на графен се наменети да ги заменат бакарни олово на електронски компоненти и тие веќе успеаја да го произведат својот прв транзистор. „Предуслов за ова е, сепак, дека графенот може да се произведе со доволен квалитет на голема површина, на пример, со користење на техники слични на оние што се користат денес за силикон“, вели Леме. „Покрај тоа, треба да можете да ги исечете овие слоеви со точност од околу пет нанометри“.
Ова сè уште не доаѓа предвид, иако бројни истражувачки групи работат на развој на сигурни методи на производство за големи слоеви на графен. „Веќе има ветувачки процеси“, вели Томас Сејлер од Универзитетот во Ерланген-Нирнберг, „но сепак тие се предмет на интензивно основно истражување“. Досега, физичарите мораа да бидат задоволни со снегулки со големина од неколку микрометри. „Тоа е доволно за моментално важните експерименти со ориентација“, вели Хајнрих Курц, директорот на АМО. Што се однесува до големото производство за идни апликации, нема потреба да се грижиме: „Ако микроелектронската технологија го користи оружјето таму, тоа исто така ќе биде можно“, вели Курц.
Неодамнешните публикации не се ограничени на микроелектроника кога станува збор за примената на графенот: Во март оваа година, истражувачите од Велика Британија и САД пресметале дека крифените графен ги свиткуваат електронските бранови во „погрешна“ насока - слично на она што т.н. метаматеријали го прават со електромагнетните бранови Направете зрачење. Ова овозможи да се конструираат леќи и разделувачи на зраци за електронски бранови од брановидната јаглеродна мембрана.
Идеални сензори за најмали количини на гас?
На крајот на јули, научниците предводени од Андре Геим предложија да се користи графен како многу чувствителен детектор за молекулите на гас. Нивните мерења покажаа дека акумулацијата на одделни молекули, како што се амонијак или азот диоксид, ја смени спроводливоста на графенот со скокови и граници, така што може да се изградат идеални сензори за најмали количини токсични гасови. Скоро во исто време, научниците од Илиноис го претставија производството на фолии слични на хартија од графен во природата. Според истражувачите, исклучително отпорни на солзи и стабилни јаглеродни слоеви може да ги зајакнат полимерите, металите или керамиката во композитни материјали.
Зигмар Рот од институтот Макс Планк за истражување на цврста состојба во Штутгарт не верува во овие сензационални извештаи: „Не е изненадување што малата атомска решетка е чувствителна на контакт со одделни странски молекули“. Покрај тоа, графенот е премногу хемиски непријателски поврзан со сврзувањето за да може да ги подобри својствата на материјалот, како што е цврстината на истегнување кога е вградена во пластика. Леме исто така се согласува: „За да успее ова, прво ќе треба хемиски да го модифицирате графикот“.
Сè уште нема наследник на силиконот
Сè уште е рано да се тргува со графен како наследник на силициум во микроелектроника, вели Даниел Лос од Универзитетот во Базел, но укажува на огромниот напредок постигнат во полупроводничката технологија во последните десет години. Неговите идеи за идна примена на графен одат многу подалеку од оние на неговите колеги: Во иднина, слоевите на графен може да претставуваат основа на квантен компјутер во кој магнетните моменти на електроните - заробени во т.н. квантни точки - ги обезбедуваат носителите на информации.
Брановидните јаглеродни кристали би имале посебна привлечност дури и ако не се исполнат големите надежи за широк спектар на апликации: бидејќи носачите на полнеж што се движат низ графинската рамнина се покоруваат на таканаречената равенка Дирак, која опишува квантни честички кои се скоро толку брзи како светлината. Ова е изненадувачки, бидејќи равенката Шредингер, која важи само за бавни кванти, обично е доволна за условите во цврстите материи. Одговорите на основните прашања од физиката што во моментов се бараат во забрзувачи на големи честички може да заспаат во тенки слоеви на јаглерод.