Badania nad grafenem wchodzą w nowy wymiar

Odkrycie opublikowane w "Science" może być "brakującym ogniwem" wśród tranzystorów - przełomem, który pozwoli grafenowi podbić elektronikę i zastąpić stary dobry krzem.

Zespół dwóch noblistów z Uniwersytetu Manchesterskiego, prof. Andre Geima i prof. Konstantina Novoselova, skonstruował nowy rodzaj tranzystora zbudowanego z węgla. Tranzystor to urządzenie, któremu zawdzięczamy istnienie komputerów takich, jakie znamy. Dotychczas do budowy tranzystorów używano krzemu. Dzięki oszałamiającej miniaturyzacji (opisanej słynnym Prawem Moore'a), we współczesnych mikroprocesorach producenci elektroniki są w stanie zmieścić już miliardy tranzystorów, których rozmiary mierzy się w nanometrach. Przemysł dociera w ten sposób do fizycznej granicy miniaturyzacji, za którą krzemowa elektronika zacznie ulegać zakłóceniom wynikającym z mechaniki kwantowej.

 

Jednym z rozwiązań jest przesiadka z krzemu na węgiel. Płatki tego pierwiastka mające grubość zaledwie jednego atomu nazywamy grafenem. Od paru lat ta odkryta przez naukowców z Manchesteru substancja jest intensywnie badana, bo wykazuje niezwykłe właściwości elektryczne i optyczne.

 

Grafenem zainteresował się przemysł (łącznie z największymi graczami jak IBM, Samsung czy Intel), zbudowano już grafenowe tranzystory działające z częstotliwością 300 GHz. Mają one jednak poważne wady - ucieka im sporo prądu, więc nie można ich gęsto pakować w układzie scalonym. W miniaturyzacji chodzi bowiem nie tylko o coraz mniejsze rozmiary i coraz oszczędniejsze zużycie energii. Straty energii oznaczają również, że taki układ rozgrzeje się i stopi zaraz po włączeniu.

 

tranzystor grafenowy działający w pionie rys. University of Manchester

rys. Univeristy of Manchester

Naukowcy z Manchesteru rozwiązali ten problem, zmuszając grafen do pracy w pionie. Żartują nawet, że wprowadzili elektronikę węglową w trzeci wymiar, bo dotychczas badania skupiały się na pojedynczych płasko leżących jednoatomowych powierzchniach węgla. Nowe urządzenie wykorzystuje tzw. efekt tunelowy i specyficzne właściwości grafenu.

 

Udało się to dzięki innym jednoatomowym powierzchniom składającym się z azotanu boru, oraz dwusiarczu molibdenu. Tranzystor powstał dzięki odpowiedniej sekwencji warstw węgla i obu soli. Takich substancji nie ma w przyrodzie, naukowcy zaprojektowali je i zbudowali od zera.

 

rys. University of Manchester

rys. Univeristy of Manchester

- To nowe podejście do elektroniki opartej na grafenie - podkreśla dr Leonid Ponomarenko, który prowadził eksperymenty. - Nasz tranzystor radzi sobie świetnie, a sądzę, że uda nam się go jeszcze znacznie ulepszyć, zmniejszyć do skali nanometrycznej i przyspieszyć do częstotliwości setek gigaherców.

 

- Zaprezentowany tranzystor jest bardzo ważnym osiągnięciem, ale pomysł na składanie warstw jednoatomowych jest chyba jeszcze donioślejszy - cieszy się prof. Geim.

 

- Tranzystory tunelowe to tylko jeden przykład z niewyczerpanej kolekcji struktur warstwowych i urządzeń, które dopiero wymyślimy dzięki takiej technologii - dodaje prof. Novoselov. - Inne zastosowania to chociażby diody emitujące światło, ogniwa fotowoltaiczne i tak dalej.

Więcej o: