Grafen i nowy wymiar
Coraz więcej naukowców uważa grafen, jedną z alotropowych form węgla, za następcę krzemu. Jak dotąd ze względu na zbyt duże przewodnictwo grafenu nie można go było stosować w komputerowych układach scalonych. Zespołowi naukowców z Uniwersytetu w Manchesterze być może udało się rozwiązać ten problem. Przedstawione w czasopiśmie Science badanie dowodzi, że stworzony przez badaczy tranzystor może być brakującym ogniwem, dzięki któremu grafen mógłby stać się następną krzemu. Odkrycie otwiera trzeci wymiar badań nad grafenem. Naukowcy, pracujący pod kierunkiem laureatów nagrody Nobla, prof. Andre Geima i Konstantina Nowosiołowa, którzy otrzymali tytuły szlacheckie na początku tego roku, opisują grafen jako fascynujący materiał o niezliczonych właściwościach optycznych, mechanicznych, elektronicznych i chemicznych. Zdaniem specjalistów grafen może być używany jako podstawa chipów komputerowych, zastępując krzem. Zainteresowanie grafenem wyrażają firmy na całym świecie, w tym Samsung, Intel i IBM. Grupy badawcze z różnych krajów przedstawiały już pojedyncze tranzystory o bardzo wysokich częstotliwościach (do 300 GHz). Tranzystorów tych nie da się jednak gęsto upakować na chipie komputerowym, ponieważ "przepuszczają" za dużo prądu, nawet w przypadku najbardziej izolowanej formy grafenu. Prąd ten szybko powoduje stopienie chipa. Mimo że w ostatnich ośmiu latach podejmowano liczne badania mające rozwiązać ten problem, nie udało się znaleźć dobrego rozwiązania. Jednak naukowcy z Manchesteru być może znaleźli brakujący kawałek układanki. Twierdzą oni, że grafen powinien być stosowany w kierunku pionowym, a nie bocznym (w płaszczyźnie). Użyli grafenu jako elektrody, z której elektrony przepływają przez dielektryk do innego metalu. Urządzenie to określają jako diodę tunelującą. Naukowcy koncentrowali się przede wszystkim na jednej z wyjątkowych cech grafenu: możliwości silnej zmiany energii elektronów tunelowych przez zewnętrzne napięcie. Uzyskano nowy rodzaj urządzenia, tj. pionowy tranzystor polowy, którego grafen jest kluczowym składnikiem. "Wprowadziliśmy koncepcyjnie nowe podejście do elektroniki grafenowej", mówi główny autor badania, dr Leonid Ponomarenko ze Szkoły Fizyki i Astronomii Uniwersytetu w Manchesterze. "Nasze tranzystory już teraz działają całkiem dobrze. Jestem przekonany, że można je jeszcze znacząco ulepszyć, pomniejszyć do rozmiarów nanometrycznych i przystosować do pracy na częstotliwościach poniżej THz". Ze swojej strony, prof. Nowosiołow opowiada: "To nowa perspektywa dla badań nad grafenem. Szanse stojące przez elektroniką grafenową nigdy nie były większe niż teraz". Jednak grafen nie działa sam; potrzebne są także inne materiały. Naukowcy z Manchesteru wykorzystali do budowy tranzystorów połączenie grafenu z atomowymi płaszczyznami azotku boru i dwusiarczanu molibdenu. Tranzystory wykonano warstwa po warstwie w żądanej kolejności, w skali atomowej. Jak tłumaczą naukowcy, tego rodzaju warstwowe superstruktury nie występują w przyrodzie. Takie innowacyjne rozwiązanie oferuje nowe poziomy funkcjonalności, a tranzystor tunelowy jest jego ważnym składnikiem. "Tranzystor to ważne osiągnięcie, ale może jeszcze ważniejsza jest technika budowania warstw atomowych", mówi prof. Geim. Prof. Nowosiołow dodaje: "Tranzystory tunelowe to tylko jeden z przykładów niewyczerpanego zbioru struktur warstwowych i nowych urządzeń, które można teraz tworzyć przy użyciu tej techniki. Oznacza to naprawdę nieograniczone możliwości zarówno dla badań podstawowych, jak i stosowanych w fizyce. Inne przykłady to diody LED, urządzenia fotowoltaiczne itd.".Więcej informacji: Uniwersytet w Manchesterze: http://www.manchester.ac.uk/ Science: http://www.sciencemag.org/
Kraje
Zjednoczone Królestwo