Przełączanie grafenu

Niemiecka firma AMO, we współpracy z brytyjskimi naukowcami z University of Manchester, stworzyła grafenowy przełącznik. Grafen, dwuwymiarowa struktura węgla, być może w przyszłości zastąpi w elektronice krzem. Materiał ten pozwala na 100-krotnie szybszy przepływ elektronów, niż ma to miejsce w krzemie. Stąd też grafenowy tranzystor może być, teoretycznie, nawet 100 razy bardziej wydajny od swojego krzemowego odpowiednika. Problem w tym, że w grafenie ładunki elektryczne poruszają się z taką łatwością, iż trudno je zatrzymać. A tranzystor, żeby był użyteczny, musi sterować przepływem ładunków elektrycznych, a więc je zatrzymywać bądź przepuszczać.

Niemcy zauważyli, że jeśli do grafenu zostanie przyłożone pole elektryczne, powoduje ono zmianę właściwości chemicznych materiału, a to z kolei prowadzi do zmiany jego przewodnictwa. Stworzyli więc strukturę podobną do tranzystora: dwie elektrody połączyli za pomocą grafenu, a pomiędzy nimi umieścili trzecią, która była od grafenu oddzielona cienką warstwą dwutlenku krzemu. Gdy do środkowej elektrody przyłożyli napięcie -5 wolt, zauważyli, że przewodność grafenu zmniejszyła się o sześć rzędów wielkości, prowadząc do zatrzymania przepływu prądu. Po przyłożeniu napięcia +5 wolt, przewodność wróciła do normy.

Niemcy zbadali dziesiątki podobnie działających urządzeń. Jeden z eksperymentów daje nadzieję, że z grafenu będzie można produkować pamięci nieulotne. Max Lemme, jeden z badaczy, stwierdza, że o ile obecnie wykorzystywane materiały do produkcji układów pamięci są ograniczone wielkością komórki pamięci, w przypadku grafenu niewykluczone jest, że komórka ta mogłaby osiągnąć wielkość pojedynczej molekuły. Sądzę, że możemy ją zmniejszyć do rozmiarów 1 nanometr na 1 nanometr - powiedział.

Na razie jednak nie mamy co liczyć na pojawienie się grafenowej elektroniki. Przełączanie stanów w "tranzystorach" jest zbyt powolne, a przed zastosowaniem grafenu do produkcji układów pamięci trzeba najpierw sprawdzić, czy materiał ten jest w stanie wytrzymać setki tysięcy cykli zapisu i odczytu.

Naukowcy wciąż też nie wiedzą, jaki jest mechanizm wspomnianych powyżej zmian właściwości grafenu. Przypuszczają, że pole elektryczne powoduje, iż do grafenu przyłącza się grupa hydroksylowa (OH), która zmienia go w tlenek grafenu. To całkowicie kontrolowana reakcja. Nie powoduje ona zniszczenia struktury grafenu. Po prostu odłączamy i dołączamy molekułę, zmieniając właściwości elektryczne materiału - mówi Andre Geim z University of Manchester.

grafen przełącznik krzem tranzystor