Bár többször is megjósolták már, hogy hamarosan érvényét veszíti a szilícium lapkákra vonatkozó Moore-törvény, úgy tűnik, egyelőre még tartja magát. Az anyagtudomány azonban már jó ideje keresik azokat az anyagokat, melyek a szilícium-korszak után is biztosítják a továbblépést. Egy ideje a grafén az, amelyre amolyan csodaanyagként tekintenek a kutatók. És hogy mennyire központi témáról van szó, az is jelzi, hogy évi mintegy 20 ezer értékelhető tudományos publikáció születik a témában.

A Magyar Tudományos Akadémia (MTA) oldalán most megjelent egy beszélgetés Biró László Péterrel, az MTA Energiatudományi Kutatóközpont Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Intézetben működő Nanoszerkezetek Laboratórium vezetőjével a témáról.

Irány a még kisebb méret és a még nagyobb sebesség

Az első nagy lépést a garfénalapú tranzisztorok felé az Atlantában található Georgia Institute of Technology kutatóegyetemen egy kutatócsoport tette, amely egyértelműen bizonyította, hogy lehet olyan tranzisztort építeni grafénból, amellyel órajelben el lehet érni a terahertzes tartományt.

Walter de Heer, a kutatóegyetem professzora, és kutatócsoportja azonban a sebességnövelés mellett számos más előnyt is bizonyított. A grafénből épített tranzisztorok kevésbé melegednek, mert a grafén sokkal jobb hővezető, mint a szilícium. Kisebb méreteket lehet elérni (a szilícium vastagságának 10 nanométer az az elméleti minimuma, amikor még megtartja kedvező vezető tulajdonságát.

2010-ben már ipari áttörés történt

Addig, amíg a grafén tranzisztorok sorozatgyártásba kerülhetnek, egy sor problémát kell megoldania az iparnak. Az IBM 2010-ben jutott el odáig a fejlesztéseivel, hogy valóban működő grafén tranzisztorokat építsen. Ezek még nem jutottak el a terahertzes sebességig, de már tízszer gyorsabbak voltak, mint a leggyorsabb szilíciumalapú tranzisztor.

Az IBM kutatóinak sikerült azt is megoldani, hogy kiküszöböljék a grafénnek azt a problémáját, hogy tulajdonságai nagyon érzékenyek a környezeti hatásokra. Egy speciális polimer szigetelőréteggel kombinálták, amely megakadályozza a rövidzárlatokat és javítja a grafén vezető tulajdonságait.

De mi is az a grafén?

Az MTA oldalán most megjelent egy beszélgetésben Biró László Péter közérthetően elmagyarázza, mi az a grafén, ahogy azt is, hogy milyen megoldandó problémák várnak még megoldásra.

Már a csodaanyag felfedezésének története is érdekes. Két orosz kutató, Konsztantyin Novoszjolov és Andre Geim egy cellux ragasztószalag segítségével állított elő néhány atom vastagságú grafit anyagréteget, lényegében grafént.

Konsztantyin Novoszjolov (b) és Andre Geim (j): 2010-ben Nobel-díjat kaptak

Mint Biró mondta, "addig téptek le újabb és újabb rétegeket a ragasztószalagon maradt grafitpelyhekről, míg végül mindössze néhány atomnyi vastagságú réteg nem maradt, ezt pedig rányomták egy megfelelően oxidált szilícium-egykristály felszínére. A fény hullámhosszával összemérhető anyagrétegek esetében fellépő, úgynevezett vékonyréteg-interferencia (ezért szivárványszínű például az olajfolt) segítségével pedig sikerült kimutatniuk, hogy ezzel a meglepően egyszerű módszerrel valóban egyetlen atom vastagságú szénlemezeket, vagyis grafént állítottak elő a szilícium-dioxid-réteg felszínén."

A két orosz kutató 2010-ben elnyerte a fizikai Nobel-díjat a felfedezéséért. Érdekesség, hogy Novoszjolov akkor mindössze 36 éves volt. Munkatársa, Andrej Geim pedig 2000-ben az értelmetlen kutatásokért járó Ignobel-díjat nyerte el.

Biró felhívta a figyelmet, hogy mindenekelőtt meg kell oldani a nagy – jelen esetben legalább centiméteres mérető grafén egykristályok gazdaságos előállítását.

Az anyagban azonban óriási lehetőségek vannak. Az Európai Unió 2013-ban indított egy tíz évre szóló, 1 milliárd eurós keretösszegű grafénkutatási programot. Ebbe Magyarországról egyedüliként Biró László Péter kutatócsoportja tudott beszállni. A részletkért érdemes kattintani.