Krzem – od ponad pół wieku podstawowe tworzywo elektroniki – wreszcie może odejść na emeryturę. Zastąpi go węgiel, w postaci grafenu, a praca opublikowana w ostatnim “Nature” sugeruje, że stanie się to prędzej, niż się spodziewano.

Fizycy nie mają złudzeń, że krzemowe układy scalone dochodzą już do granicy swoich możliwości. Nie da się bez końca zmniejszać rozmiaru krzemowych tranzystorów, przyspieszać ich pracy. Od dawna więc szukali półprzewodnika, który mógłby zastąpić krzem. Wielu uważa, że nowy król elektroniki właśnie się rodzi na naszych oczach, a jest to grafen, kilka lat temu okrzyknięty “cudownym materiałem”.

Grafen to pojedyncza warstwa atomów węgla ułożonych w kształcie plastra miodu. Z takich warstw nałożonych jedna na drugą składa się popularny grafit i stąd wzięła się nazwa nowego materiału. Już przed 20 laty fizycy spekulowali, że pojedynczy plaster atomów węgla miałby niezwykłe własności, ale nie potrafili tego sprawdzić, bo węglowa warstwa wcale nie chce być płaska. Skręca się i zawija w kulki lub rulony, tworząc tzw. fullereny lub węglowe nanorurki, które zresztą też mają obiecujące dla elektroników cechy.

Dopiero cztery lata temu udało się uzyskać czysty grafen – rozpinając go na ramce jak bańkę mydlaną lub kładąc na podłożu z innego półprzewodnika. Najpierw były to mikroskopowe próbki, potem żmudną metodą ścierania grafitu nauczono się tworzyć płatki grafenu rozmiaru dziesiątej części milimetra, już całkiem spore, choć wciąż ledwo widoczne pod szkłem powiększającym.

Ale można było wreszcie zmierzyć jego własności fizyczne, które rzeczywiście okazały się niezwykłe. Fizyków urzekła zwłaszcza ruchliwość elektronów – niezwykle duża w porównaniu z innymi znanymi półprzewodnikami (m.in. sto razy większa niż w krzemie), co czyni grafen idealnym materiałem dla elektroniki (już zrobiono grafenowe tranzystory). Poza tym jest on przezroczysty, a więc można z niego robić np. elektrody w ekranach dotykowych lub ciekłokrystalicznych.

Co więcej, w lipcu zeszłego roku fizycy z Columbia University pokazali, że jest on też najbardziej wytrzymałym materiałem na świecie. Gdyby taką samą wytrzymałość miała zwykła plastikowa folia spożywcza, żeby ją przerwać, trzeba byłoby ją dźgnąć szpilką z naciskiem ponad dwóch ton. Wytrzymałość dają warstwie grafenu niezwykle silne wiązania między atomami węgla – silniejsze niż te, które czynią diament najtwardszym z minerałów. Grafen więc znacznie lepiej niż kruchy krzem nadaje się wszędzie tam, gdzie mamy do czynienia z elektroniką na giętkich powierzchniach – np. w ekranach z folii.

Kłopot w tym, że trudności z otrzymywaniem grafenu sprawiały, że był on jednym z najdroższych materiałów – warstewka o przekroju ludzkiego włosa kosztowała tysiąc dolarów. Ale tekst w ostatnim “Nature” zmienia postać rzeczy. Koreańscy fizycy opisują w nim, jak wytworzyć warstwy grafenu o rozmiarze centymetrów. Stosują metodę chemicznego osadzania par (CVD), doskonale znaną i używaną w przemyśle. Warstewkę grafenu osadzają na podłożu z niklu, który można potem bez problemu wytrawić, a sam grafen przenieść w dowolne inne miejsce. A to oznacza, że już wkrótce z pewnością więcej o nim usłyszymy.

wyborcza.pl