r   e   k   l   a   m   a
r   e   k   l   a   m   a

Grafenowe wstęgi zaskakują przewodnictwem, ale to fosforen może być lepszy dla elektroniki

Strona główna AktualnościSPRZĘT

Dotychczasowe teorie fizyków ciała stałego, opisujące zachowanie grafenu okazały się zbyt zachowawcze. Praca badaczy z Georgia Insitute of Technology pokazała, że ten przełomowy dla elektroniki materiał pozwala na przewodzenie elektronów znacznie lepiej, niż przewidywały wszelkie modele – także dla utworzonych z niego przewodów. To informacja o wielkim znaczeniu także dla naszego kraju, który w ciągu ostatnich miesięcy wyrósł na światowego potentata w przemysłowej produkcji tego materiału.

Opublikowany na łamach Nature artykuł zespołu amerykańskich fizyków, pracujących pod kierownictwem prof. Walta de Heera opisuje metody, które umożliwiły im stworzenie z grafenu wstęg, pozwalających na przewodzenie ładunków elektrycznych na odcinku ponad 10 mikrometrów, bez wywoływania jakiejkolwiek oporności, to jest o trzy rzędy wielkości dłuższym, niż w dotychczas tworzonych wstęgach.

Żaden materiał nie może dorównać grafenowi w szybkości przewodzenia elektronów w temperaturach pokojowych. Jednak wytwarzanie z grafenowych płacht (w takiej postaci powstaje ta płaska struktura atomów węgla) odpowiednio wąskich wstęg-przewodów jest wyjątkowo kłopotliwe. Wszystkie dotychczasowe techniki ich wycinania kończyły się uzyskaniem wstęg o poszarpanych brzegach, co zaburza przepływ elektronów.

r   e   k   l   a   m   a

Zespół z Georgia Institute of Technology, zamiast jednak ciąć grafenowe płachty na wstęgi postanowił wypróbować proces po raz pierwszy opisany kilka lat temu – wytworzyć grafenowe wstęgi w rowkach matrycy wykonanej z węglika krzemu. Po podgrzaniu materiału do temperatury ponad tysiąca stopni, atomy krzemu odparowały, pozostawiając warstwę grafenu o szerokości około 40 nanometrów, bez żadnych poszarpanych krawędzi.

Przewodnictwo w tak utworzonych wstęgach zaskoczyło badaczy, okazując się dziesięciokrotnie lepsze, niż przewidywały modele teoretyczne. Swobodny ruch elektronów w takich wstęgach pozwoliłby na projektowanie szybszych obwodów, które nie miałyby problemów z przegrzewaniem się. De Heer tłumaczy, że wyniki jego badań pokazują, że elektrony w grafenowych wstęgach zachowują się jak światło we włóknie optycznym, bez odbić i rozproszeń charakterystycznych dla zwykłych przewodników.

Eksperci w tej dziedzinie są w kwestii grafenowych wstęg podzieleni. Choć dowody na taki „optyczny” charakter transportu są przekonujące, a wyniki zespołu de Heera chemik James Tour z Rice University ocenił jako kamień milowy w pracach nad grafenem, to jednak pojawiają się głosy, że teoretycznych ograniczeń w dłuższych wstęgach nie da się uniknąć. Grafen po prostu nie nadaje się do wąskich, długich struktur – twierdzi Antonio Castro Neto z centrum badań nad grafenem Uniwersytetu w Singapurze. Jego zdaniem lepiej zainteresować się innym materiałem, fosforenem, czyli płaską warstwą atomów fosforu. Siatka atomów ma podobnie jak w grafenie heksagonalny układ, jest jednak bardziej pomarszczona.

Pracujący nad fosforenem naukowcy twierdzą, że nie tylko pozwala on na budowanie cienkich elastycznych struktur, ale też charakteryzuje się naturalną przerwę energetyczną (pasmem wzbronionym), czyli stanami energetycznymi, w których elektrony nie mogą występować swobodnie. Grafen takiej przerwy nie ma, co ogranicza jego przydatność jako zamiennika krzemu w półprzewodnikowych przełącznikach.

Tak czy inaczej, zespół de Heera musi teraz znaleźć sposób na na przeskalowanie wykorzystanego procesu na potrzeby produkcji przemysłowej. Do tej pory niewielu ośrodkom na świecie udała się ta sztuka. Wśród nich jest polska spółka Nano Carbon, w którą zainwestowały m.in. KGHM i Agencji Rozwoju Przemysłu. Stosowana w Nano Carbon metoda produkcji grafenu bazuje na epitaksji – krystalizacji węgla z zewnętrznego źródła, który osadzany jest warstwami jednoatomowej grubości na podłożu. Proces ten ma być efektywny i niedrogi, ale jak widać, nie nadaje się do tworzenia wstęg przewodników.

© dobreprogramy
r   e   k   l   a   m   a
r   e   k   l   a   m   a

Komentarze

r   e   k   l   a   m   a
r   e   k   l   a   m   a
Czy wiesz, że używamy cookies (ciasteczek)? Dowiedz się więcej o celu ich używania i zmianach ustawień.
Korzystając ze strony i asystenta pobierania wyrażasz zgodę na używanie cookies, zgodnie z aktualnymi ustawieniami przeglądarki.