Andre Geim

Három évvel az első kísérleti eredmények után a grafén lenyűgözőbb fizikai és álomalkalmazásokat ígér.

A szilícium ostyára dobott grafén, mint a felületen selyemfátyol. Úgy tűnik, hogy a legérdekesebb tudomány e szénlemez szövetében rejtőzik. Kép: Andre Geim és Kosztya Novoselov

Néha, amikor nagy összegeket fektetnek nagy kísérleti létesítményekbe és kiválósági központokba, meglepőnek tűnik az a tény, hogy szilárd tudomány származhat ceruzákból és maszkokból. Három évvel azután, hogy az 1. grafitot először mechanikus hámlasztással izolálták, nem kétséges, hogy a grafén, egyetlen szénatomréteg, sűrűn betöltött benzolgyűrűs szerkezetbe, kiváló öltöny a kondenzált anyagok fizikusainak és az anyagkutatóknak. .

A tényleges kísérleti adatok még mindig kevések, de egyértelműen kimutatták, hogy ez az anyag fizikai tulajdonságokat mutat a hagyományos kondenzált anyagfizika és a vákuumban lévő relativisztikus elektron elmélet közötti határfelületen: kvantumelektrodinamika 2, 3. Az anyag iránti érdeklődés ugrásszerűen megnőtt, és az évi publikációk száma megduplázódott 2006-ban, az ISI szerint csaknem 350 cikkre. Idén az Amerikai Fizikai Társaság márciusi ülése nyolc ülést tartalmaz a témában. A Nature Materials más Nature folyóiratokkal közösen webalapú megközelítést szentelt a témának azzal a céllal, hogy kiemelje a területen a közelmúltban elért eredményeket 4 .

Ebben a számban Andre Geim és Kosztya Novoselov leírja a grafén 5 rövid, de intenzív történetét, miután először bemutatták az elektromos mező hatását 1. A szerzők áttekintése a szigorúan kétdimenziós kristály stabilizálásának akadályaitól kezdve az eddig megfigyelt szokatlan szállítási tulajdonságokon át az elektronikus eszközök lehetséges alkalmazásainak álmáig terjed. A szokatlan elektronikus tulajdonságok folyamatos megjelenésének világos példája az elektronok és a sejtmagok közötti kölcsönhatás 6, amely a grafénfizika és a kvantumelektrodinamika analógiájának újabb igazolása 7 .

Bár biztosak lehetünk abban, hogy a grafénnek még mindig sok kínálata van az alapfizika szempontjából, a helyzet nem annyira egyértelmű az alkalmazások tekintetében. Természetesen vannak olyan aspektusai ennek az anyagnak, amelyek elbűvölővé teszik az elektronika 5, 8 számára. Tekintettel a szénrács magas minőségére, az elektronok szobahőmérsékleten is ballisztikusan, vagyis szétszóródás nélkül mozognak több száz nanométeren keresztül. Ez a tulajdonság a grafént egyedülálló anyaggá teszi a nagy frekvenciájú tranzisztorok kifejlesztésére a terahertz tartományig. Alternatív megoldásként a kétdimenziós kristály miniatűr nyomtatott áramköri lapnak tekinthető, amelyből egy nanoméretű elektronikus áramkör minden eleme beszerezhető, például egyetlen elektrontranzisztor.

Ilyen eszközöket azonban még nem kellett elkészíteni. Bár a töltéssűrűség beállításának lehetősége elvileg lehetővé tenné a szokásos félvezető elektronika megvalósítását, a grafén mindig fémes. Tehát, ha a félvezetővé tétel kényelmes módja nem bizonyított, az eszközök használata továbbra is vitatható. Egy másik nagy akadály az, hogy megbízható módszerre van szükség grafénlemezek nagy mennyiségben történő előállítására. Az eredeti hámlasztás-alapú módszer meglehetősen jól működik az alapvető vizsgálatoknál, de nem alkalmas nagyszabású alkalmazásokra. Alternatív útvonalakat már javasoltak. Az egyik a szilícium-karbid ostyák hőkezelésén alapul, amelyek szénrétegeket állítanak elő, egy rétegenként 9. Kimutatták azt is, hogy a grafit-oxid vízbe merítése grafénlemezek diszperzióját eredményezi, amelyeket azután amfifil polimerekkel stabilizálni lehet és nanokompozitokba beépíteni 10. Mindkét stratégia ígéretes eredményeket hozott, de a kiváló minőségű kristályok eddig nem bizonyítottak.

Amint az az APS találkozó programból kiderül, a grafénnel kapcsolatos munka elsősorban az alapkutatásra összpontosít. De növekszik az érdeklődés a lehetséges alkalmazások iránt is. A Nature Materials-nál várakozással tekintünk a kutatási fejlesztések nyomára ennek a szokatlan és érdekes anyagnak mindkét aspektusával kapcsolatban.