I supermaterialet grafén er de atomtynde lag er ikke elektrisk isolerede - en ny type kulstof løser problemet.

Indrømmet. Jeg er dybt fascineret af kulstof og dets mange mærkelige inkarnationer. Jeg synes det er fantastisk at et enkelt lillebitte atom, kan føre til så meget kompleksitet. Udover nanokæledæggerne kulstof nanorør og grafen, er der jo sådan noget som "liv", et besynderligt og usandsynligt derivat af organisk kemi. Altsammen på grund af kulstofs mægtige række af atomare "tricks".

Idag er kulstof materialet grafen den hellige gral. Siden 2004 hvor grafen blev isoleret for første gang, er nano/fysik verden gået i selvsving over de muligheder de 2-dimensionelle krystaller giver, især indenfor elektronik. Elektronerne bevæger sig langt nemmere i et grafen lag, end selv i high-performance halvleder materialer som Gallium Arsenid, og silicium kan slet ikke være med. Grafen kan meget vel være et af fremtidens vigtigste platforme for elektronik.


(AB-stacking i grafit - de enkelte lag kaldes grafen)

Der er selvfølgelig masser af problemer. For det første er det ekstremt dyrt at lave i høj kvalitet. En af de første metoder, "scotch tape method", går ud på at rive grafit i mindre og mindre lagtykkelser, indtil man har et enkelt lag grafit - som så hedder grafen - isoleret. Det koster omkring 5 kr per kvadratmikrometer, og er derfor langt det dyreste materiale i verden.

Dette er naturligvis en kæmpe showstopper for kommercielle anvendelser.

Et andet problem er at den elektriske kobling mellem individuelle grafen lag er for stor. Lagene er stablet i en "A-B" konfiguration, dvs med samme orienteret men forskudt for hinanden 2 og 2 (se figuren).
Så snart man har mere end et lag, er det vanskeligt at udnytte materialets store potentiale. Naturen har valgt at stable grafen på en måde der er rigtig irriterende set ud fra et anvendelsesperspektiv.


(eksempel på hvordan en grafen-transistor prototype kan se ud - der er et stykke vej endnu!)

Jeg bliver lige lidt mere end almindelig interesseret når jeg så læser at det kan lade sig gøre at "dyrke" grafenlag på en sådan måde, at lagene er 30 grader forskudt i forhold til hinanden, OG at dette gør dem elektrisk isoleret. Man starter med en silicium karbid skive, som varmes op: normalt udkrystalliseres så "almindelig" grafen/grafit i AB stacking, som jo desværre er kraftigt koblet sammen rent elektrisk.

Jeg ved ikke hvordan de har båret sig ad med at dyrke grafenen så den ikke laver AB stacking. Men det er vigtigt! Det gør intet om man har 2 lag det ene sted, og 5 lag det andet sted på skiven. Det er KUN det øverste lag der leder strømmen.

Det nye materiale kaldes MEG - Multilayer Epitaxial Graphene. Epitaxielt vil sige at lagene er dyrket så de ligger perfekt ordnet ovenpå hinanden.

Forskerne fra Frankrig og USA lavede nogle uhyre flotte målinger af grafens båndstruktur med ARPES, som vel på dansk hedder vinkelopløst fotoelektron spektroskopi , og disse indikerer at det øverste lag er helt afkoblet fra de underste.


(Arpes måling der viser den specielle lineære båndstruktur i grafen)

Som så ofte før, viser det sig sikkert at træerne ikke vokser ind i himlen. Kulstof nanorør bliver for eksempel aldrig til noget indenfor elektronik. Men hvis grafen kan dyrkes på stor skala (som her), på en måde der gør at man kan udnytte de fantastiske muligheder to-dimensionaliteten giver, så sker der ting og sager.

Det kan gå hen og blive så nemt at fremstille at det kommer i brug i almindelig elektronik - "grafen til folket!".

Man kunne også forestille sig noget mere tosset - at det øverste grafen lag var selve ledningskanalen, og det næst-øverste lag var gate!!!!!! Det ville sige at man havde en transistor med en 0.3 nm gateafstand - for det er netop afstanden mellem de enkelte lag i grafen.

Slå den, Intel. Eller endnu bedre: udnyt det.