Znajdź zawartość

Tegoroczni laureaci Nagrody Nobla, odkrywcy grafenu Kostya Novoselov i Andre Geim, stworzyli najcieńszy izlolator na świecie. Fluorografen powstał na bazie grafenu, jednak w przeciwieństwie do niego nie przewodzi prądu. Grafen jest bardzo dobrym przewodnikiem, gdyż z obu stron warstwy tego materiału znajdują się chmury elektronów. Uczeni z University of Manchester do każdego atomu węgla doczepili atom fluoru w ten sposób, by zaburzyć pracę chmury elektronów, ale jednocześnie, by nie zniszczyć heksagonalnej struktury grafenu. Wcześniej używali w tym celu atomów wodoru, jednak całość okazała się niestabilna w wysokich temperaturach. Zdaniem naukowców fluorografen to najcieńszy możliwy do uzyskania izolator, stworzony dzięki dołączeniu atomów fluoru do każdego atomu węgla w grafenie. To pierwszy stoichiometryczna chemiczna pochodna grafenu i jednocześnie półprzewodnik o szerokim paśmie wzbronionym. Flurografen jest mechanicznie silnym oraz chemicznie i termicznie stabilnym związkiem. Właściwości tego materiału są bardzo podobne do teflonu. Nazywam go 2D Teflon. Nowy materiał, po dalszych udoskonaleniach, może znaleźć szerokie zastosowanie w elektronice. Stanie się np. wysokiej jakości izolatorem w elektronice organicznej, a dzięki szerokiemu pasmu wzbronionemu może być całkowicie przezroczystym dla światła widzialnego półprzewodnikiem. Twórcy nie wykluczają zatem użycia go w LED-ach i wyświetlaczach przyszłości.

Tegoroczną Nagrodę Nobla z fizyki otrzymali odkrywcy grafenu, Andre Geim i Kostya Novoselov z University of Manchester. Grafen to jednoatomowej grubości, a więc dwuwymiarowa, powłoka z atomów węgla. O jego odkryciu informowaliśmy już przed ponad trzema laty. Już od momentu stworzenia grafenu mówiono i jego wyjątkowych właściwościach i olbrzymich nadziejach związanych z tym materiałem. I rzeczywiście, w ciągu ostatnich trzech lat grafen udowadnia, jak ważnym jest wynalazkiem i jak olbrzymie znaczenie ma obecnie i będzie miał w przyszłości. Już w październiku 2007 roku donosiliśmy, że naukowcy IBM-a wyprodukowali grafenowy tranzystor polowy. Niecały rok po stworzeniu grafenu informowaliśmy o pracach uczonych, którzy udowodnili, że elektrony w grafenie poruszają się znacznie szybciej niż w jakimkolwiek innym materiale. To z kolei czyni go idealnym kandydatem do zastosowań w elektronice. W rok po tym, jak powstał nowy materiał uczeni z IBM-a opracowali metodę zapobiegania interferencji, a zatem redukcji szumu, w grafenie. Tym samym pokonali jedną z najpoważniejszych przeszkód stojących na drodze do produkcji grafenowych urządzeń. Nie próżnowali też twórcy grafenu, którzy w kwietniu 2008 roku stworzyli najmniejszy tranzystor na świecie. Następne miesiące przyniosły kolejne odkrycia. Szybko okazało się, że grafen jest najbardziej wytrzymałym materiałem znanym ludzkości. Nieco później poinformowaliśmy o przypadkowym stworzeniu balonu z grafenu, co pozwoliło na zaobserwowanie kolejnej niezwykłej właściwości tego materiału. Okazało się bowiem, że warstwa o grubości jednego atomu może stanowić nieprzepuszczalną barierę. Natomiast pod koniec 2008 roku uczeni z Rice University stwierdzili, że grafen świetnie nadaje się do produkcji pamięci komputerowych, a w laboratoriach IBM-a powstał najszybszy grafenowy tranzystor. W styczniu 2009 Koreańczycy zaprezentowali metodę produkcji dużych płacht grafenu o bardzo dobrych właściwościach przewodzących, a w październiku uczeni z Rugers University ostatecznie udowodnili, że grafen może zastąpić krzem. Bieżący rok rozpoczął się bardzo dobrymi wiadomościami. Otóż na Pennsylvania State University powstał pierwszy 100-milimetrowy plaster grafenowy, co stanowi bardzo ważny krok na drodze do wdrożenia grafenu do przemysłowej produkcji układów elektronicznych. Zaledwie trzy dni później informowaliśmy, że inżynierowie IBM-a otworzyli pasmo wzbronione w tranzystorze polowym wykonanym z grafenu. Dzięki temu osiągnięciu grafen będzie mógł konkurować z obecnie wykorzystywanym tranzystorami wykonanymi w technologii CMOS. Na jaw zaczęły wychodzić coraz to nowe właściwości grafenu. Okazało się, że jest on świetnym przewodnikiem ciepła, a jeśli proces ten wspomożemy... falą dźwiękową, to grafen będzie przewodził ciepło 10-krotnie bardziej wydajnie niż miedź czy złoto. W maju bieżącego roku donieśliśmy, że grafen świetnie współpracuje z DNA, a w czerwcu uczeni na bazie grafenu skonstruowali nowy materiał i nazwali go grafanem. Okazało się również, że grafen może zrewolucjonizować medycynę, gdyż ma właściwości antyseptyczne i nadaje się do produkcji bandaży, opakowań do żywności czy antyzapachowych wkładek do butów. W końcu, przed miesiącem, poinformowaliśmy, że grafen jest... najszybciej obracającym się znanym obiektem, gdyż jego fragment może kręcić się z prędkością miliona obrotów na sekundę, a to dopiero początek jego możliwości. W najbliższym czasie z pewnością będziemy mogli przeczytać kolejne doniesienia o niezwykłym grafenie, a w nadchodzących latach zobaczymy, jak grafen zmienia otaczającą nas rzeczywistość.

Brytyjscy naukowcy z University of Manchester stworzyli najmniejszy tranzystor na świecie. Do jego zbudowania wykorzystali grafen. Tranzystor jest wspólnym dziełem doktora Kostyi Novoselova i profesora Andre Geima, jednego z wynalazców grafenu. To kolejny wynalazek tej dwójki. Tym razem ich tranzystor ma grubość 1 atomu i szerokość 10. Obecnie wciąż udaje się zmniejszyć rozmiary podzespołów elektronicznych budowanych z tradycyjnych materiałów, jednak wiadomo, że taka sytuacja nie będzie trwała bez końca. Głównym problemem jest stabilność materiałów, jeśli wytworzone z nich elementy są mniejsze niż 10 nanometrów (przypomnijmy, że nanometr to 1/1000000 milimetra, a grubość ludzkiego włosa to około 100 000 nanometrów). Obecnie wykorzystywane półprzewodniki tracą przy takiej skali stabilność i zaczynają przemieszczać się po powierzchni w sposób niekontrolowany. Przypomina to ruch kropelek wody na rozgarznej blasze. Brytyjscy naukowcy udowodnili właśnie, że grafen pozostaje stabilny, gdy wytnie się z niego elementy o rozmiarach mniejszych niż 10 nanometrów. Ich tranzystor nie tylko ma szerokość 1 nanometra, ale działa w temperaturze pokojowej. To bardzo ważne, gdyż wcześniej uzyskiwano podobne tranzystory, ale mogły one pracować tylko w bardzo niskich temperaturach. Grafen, od czasu jego odkrycia przed trzema laty, wzbudza olbrzymie zainteresowanie i wiąże się z nim coraz większe nadzieje. Wszystko wskazuje na to, że będzie on materiałem przyszłości, który zastąpi krzem. Profesor Geim jest jednak ostrożny. Jest zbyt wcześnie by obiecywać, że w przyszłości grafen posłuży np. do budowy superkomputerów. W naszej pracy skupiliśmy się tylko na sprawdzeniu, czy istnieją szanse na to, że powstaną tak małe tranzystory. Niestety, obecnie nie dysponujemy technologią, która rzeczywiście pozwoliłaby nam tworzyć podzespoły z dokładnością co do jednego nanometra. Ale to problem, z którym zmaga się cała "pokrzemowa" elektronika przyszłości. Przynajmniej wiemy, że mamy materiał, który podoła temu zadaniu - mówi naukowiec.

Naukowcom udało się stworzyć najcieńszy materiał w historii, powłokę o grubości pojedynczego atomu. Wykorzystali ją do zbudowania najmniejszego na świecie tranzystora. W przyszłości może on posłużyć do skonstruowania superszybkich komputerów. Profesor Andre Geim i doktor Kostya Novoselov z University of Manchester opublikowali w magazynie Nano Materials artykuł, w którym opisują, jak zbudować tranzystor o grubości 1 atomu i szerokości mniej niż 50 atomów. Przed dwoma laty profesor Geim i jego zespół użył grafitu do stworzenia niezwykle interesującego materiału, który przez pół wieku znany był jedynie w teorii. Mowa tutaj o dwuwymiarowym krysztale, tak zwanym grafenie. Doktor Marcin Sadowski z LCMI CNRS w Grenoble tak opisuje grafen na stronie Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego: Jednymz bardziej obiecujących nowych materiałów, które się ostatnio pojawiły,jest grafen - dwuwymiarowa warstwa atomów węgla, ułożonych wheksagonalną sieć. Wyjątkowa struktura elektroniczna grafenu powodujeniespotykane dotąd właściwości fizyczne, a prostota tego materiału orazmetod jego otrzymywania pobudzają wyobraźnię i zainteresowanie licznychbadaczy na świecie. Elektrony zachowujące się jak relatywistycznecząstki o zerowej masie spoczynkowej powodują, że z grafenem wiązane sąnadzieje na ciekawą nową fizykę w ciele stałym z jednej strony, oraz nanowe zastosowania - w elektronice i nie tylko - z drugiej. Stworzenie grafenu pozwala na zbudowanie tzw. tranzystora balistycznego. W tego typu tranzystorach elektrony podróżują wyjątkowo szybko, gdyż nie napotykają żadnych przeszkód. Ponadto potrzebują bardzo mało energii, a co za tym idzie, wydzielają wyjątkowo mało ciepła. Wynalazcy grafenu stworzyli taki procesor, jednak był on całkowicie niepraktyczny. Obecnie, dzięki stworzeniu materiału o grubości jednego atomu udało się zbudować działający grafenowy tranzystor. Co prawda profesor Geim uważa, że w praktyce technologia ta nie zostanie zastosowana przed 2025 rokiem, ale jego zdaniem, jest ona jedynym ratunkiem dla elektroniki w chwili, gdy fizyczne właściwości krzemu nie pozwolą na dalszą miniaturyzację.