Georgia Techin tutkijat Baiqian Zhang ja Holly Tinkey valmistavat korkean lämpötilan uunin avulla grafeenikerroksia piikarbidikiekolle.
Georgia Techin tutkijat Baiqian Zhang ja Holly Tinkey valmistavat korkean lämpötilan uunin avulla grafeenikerroksia piikarbidikiekolle.

Grafeenista on onnistuttu valmistamaan ensimmäistä kertaa sähköä johtavia ohuita nauhoja, joilla uuden sukupolven elektroniikan komponentteja voisi yhdistellä toisiinsa.

Grafeenin ylivoimaisiin ominaisuuksiin perustuva uuden sukupolven elektroniikka on ottanut jälleen yhden harppauksen eteenpäin.

Grafeeni koostuu yhdestä kerroksesta hiiliatomeja, ja se on kestävin ja ohuin aine, joka tunnetaan. Grafeenikalvolla on erittäin hyvä sähkönjohtokyky, ja sen pohjalta kehitetään tulevaisuuden elektroniikkaa.

Nyt tutkijat ovat löytäneet uuden tavan valmistaa grafeenista nauhamaisia rakenteita, jotka johtavat erittäin hyvin sähköä.

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Aiemmin aikaansaatujen grafeeninauhojen ongelma on ollut se, että niiden reunoista on tullut liian teräviä ja karkeita. Elektronien siroamisen vuoksi grafeenin sähkönjohtavuus on menetetty, ja nauhat ovat olleet johteen sijasta enemmänkin eristeitä. Siroaminen tarkoittaa, että elektroni muuttaa suuntaansa kohdatessaan esteen – reunan muodon.

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Uudessa valmistustekniikassa grafeenikalvoa ei leikata nauhoiksi elektronisuihkulla, vaan nauhamaiset grafeenikerrokset kasvatetaan piikarbidialustalle piirrettyihin "muotteihin". Näin nauhojen reunat saadaan tasaisiksi, sillä ne ikään kuin sulautuvat kasvatusalustaan. Niin sähköä kuljettavat elektronit pääsevät kulkemaan nauhassa siroamatta.

Nauhamaista grafeenia voitaisiin käyttää yhdistämään erilaisia uuden sukupolven elektroniikan yksittäisiä komponentteja, jotta niistä voidaan rakentaa kokonaisia virtapiirejä. Siihen ei aikaisemmin ole ollut toimivaa ratkaisua.

Tutkijaryhmän mukaan grafeeniin perustuva elektroniikan tutkimus voisi nyt ottaa uuden suunnan, jossa käytetään enemmän hyväksi elektronien kvanttimekaanisia ominaisuuksia, kuten niiden aaltoluonnetta.

Tutkijoiden seuraavana tavoitteena on valmistaa kytkin, jonka toiminta perustuu kvanttimekaaniseen interferenssiin. Ryhmä on jo patentoinut joukon kvanttimekaanisia laitteita, joita he yrittävät kehittää uuden tekniikan avulla.

"Meillä on hyvä syy uskoa, että tämä voi olla perusta uuden sukupolven kvantti-interferenssiä hyödyntäville transistoreille", sanoo tutkimusryhmän johtaja, professori Walt de Heer Georgia Techistä. 

Artikkelin uudesta valmistusmenetelmästä julkaisi Nature Nanotechnology. Jatkotutkimushankkeistaan tutkimusryhmä kertoi Yhdysvaltain fyysikkopäivillä Dallasissa tällä viikolla.

Venäläiset grafeenitutkijat saivat fysiikan Nobelin viime syksynä. Lue myös artikkeli Grafeenista vauhtia elektroniikkaan Tiede-lehdestä 4/2009.

Sisältö jatkuu mainoksen alla