Engedjük szabadjára fantáziánkat egy pillanatra, és képzeljünk el egy anyagot a következő tulajdonságokkal:
Legyen ez minden idők valaha legkeményebb tesztelt anyaga, melynek szilárdsága az acél 200-szorosa. Legyen félvezető (hogy az elektronika örüljön), melynek elektron-mobilitási tényezője a legismertebb félvezető, a szilícium 10-szerese. Már ez önmagában zseniális lenne, de menjünk tovább. Legyen struktúrájában 2 dimenziós (praktikusan, szemmel fantáziálók kedvéért: 1 atom vastag), ennek következtében láthatatlan (miért is ne), és valamilyen kisebb csoda folytán az elektronok működjenek benne relativisztikusan, azaz hasonlatosan ahhoz, mintha fénysebesség közeli állapotban lennének.
Hogy ez utóbbi milyen technikai előnyökkel járhat, az nyitott kérdés, de valljuk be, sok mérnök örvendene egy anyagtípusnak a fenti tulajdonságokkal. Sajnos ők még egy darabig nem játszadozhatnak vele előállítási problémák miatt, de neve a kutatók számára már ismert, és ez bizony a grafén.
Az első áttörés a grafén létrehozásában 2004-ben történt, ekkor sikerült előállítani az első atomnyi vastag réteget egy darab SiO2 tetején elszigetelve. Természetesen ezek után megkezdődhettek a vizsgálatok, és nemcsak beigazolva, de több helyen felülmúlva az elméleti várakozásokat megszületett a jövő elektronikája anyagi megalapozásának új várományosa, mely mindazon tulajdonságokkal rendelkezik, amit kezdeti fantáziánkban levetítettünk. Őrülten hangzik nem igaz? Lássuk mi is ez az anyag…
A grafénban szerintem egyszerűsége a legnagyszerűbb, ugyanis kizárólag szénatomokból áll, amelyek hexagonális cellákba rendeződve egy síkban terülnek el. Ha sok ilyen réteget egymásra pakolnánk, és így valódi térbeli struktúrát hoznánk létre, igen közismert anyagot kapnánk; a grafitot. Talán ez sokak számára meglepetést okoz, de gondoljunk csak a gyémántra, mint a szénatomok speciális elrendeződésére, egy kis strukturális, felépítésbeli különbség micsoda tulajdonságbeli változásokhoz vezethet.
(Amennyiben a homogén hexagonális szerkezetet megváltoztatjuk, vagy valamilyen defekt következik be, és pl. egy pentagonális cella épül a struktúrába, a 2D szerkezet feltekeredik, és nanocsövet / NanoBud-okat kapunk. Elméletileg a cellák formájának változtatásával sokféle bonyolult alakzat hozható létre, de erre vonatkozólag még nem találtam érdemi eredményt. Lássunk viszont egy-két ötletet:
- Napelemtechnológia. Mivel az anyag jórészt átlátszó, és ráadásul félvezető, nemcsak a napelemek terén hozhat nagy áttöréseket (kérdem én: esetleg többrétegű napelemek?), hanem pl. a LED-technológiában is, vagy a touchscreenek terén.
- Amiről még nem beszéltünk: A grafén ellenállása a legalacsonyabb (szobahőmérsékleten) minden létező anyag közül (10-6 Ohmcm), mindez kombinálva szilárdságával utat nyithat a gazdaságosabb energiatranszportban.
- 2008-ra már n és p típusú tranzisztorokat is képesek voltak alkotni, melyek 1 atom vastagok, és máris Ghz-es frekvencián működnek. Azt hiszem, az, hogy ez a számítástechnikában mit hozhat, nem kell belemennem. Ezen a téren bizonyosan pénz is lesz a fejlesztéshez.
Nem akarok túllépni a blog keretein, ezért sem kívántam túl mélyen menni egyes témákba, bár eredetileg az egyatomos tranzisztor miatt kezdtem erről olvasgatni. Elképesztő dolog ez, és még nagyon gyerekcipőben jár. A grafén előállítása, főleg ipari keretek között (ami még nincs is), leírhatatlanul drága. De mint minden esetben, most sem félek tőle, hogy ne születne megoldás…
