Danskere har fundet nøglen til supereffektiv elektronik på molekyleniveau

Forskere ved Nano-Science Center på Københavns Universitet har udviklet en ny nanoteknologisk platform til udvikling af molekylebaserede elektroniske komponenter ved brug af vidundermaterialet grafen.

Det betyder, at vejen er banet for produktion af supereffektive solceller og kredsløb i størrelser helt ned til to nanometer uden brug af sjældne jordartsmetaller.

Danskernes arbejde kommer ti år efter, at forskere ved bl.a. UCLA og Hewlett Packard opdagede, at de kunne fremstille kulstofbaserede molekyler, der kunne udstyres med bestemte egenskaber, der efterligner de egenskaber, man kender fra elektroniske komponenter. Det kan være kontakter, ensrettere eller transistorer.

Med udsigten til at skabe komponenter i nanostørrelse fik drømmene frit spil for forskerne. Siden viste det sig dog, at det ikke var så ligetil at sætte strøm til de nye moleklære komponenter, så noget måtte gøres.

Det er så sket nu, hvor forskerne fra Nano-Science Center har opdaget, at de kan anvende grafen til bogstaveligt talt at skabe kontakt til molekylerne.

»Vi arbejder med en opstilling, der har et lag af guld, hvor der placeres molekylære komponenter, der er opbygget i kulstof. Oven på dem placerer vi en tynd film af grafen, som vi anvender til at overføre strøm - eller anden stimulus eller impuls - til de underliggende molekyler, uden de kortslutter,« siger adjunkt Kasper Nørgaard fra KU til ing.dk.

Forskere ved nanokemi på Kemisk Institut beskriver deres arbejde i en netop offentliggjort artikel i tidsskriftet Advanced Materials. I artiklen forklarer de, hvordan de som nogle af de første i verden nu er i stand til kemisk at fremstille store flager af grafen.

»I dag er de mest avancerede processorer, man kan fremstille, fremstillet i 22 nanometer. Med vores teknologi er vi helt nede i to nanometer, så der er jo tale om en faktor på mindst ti i forhold til den nuværende teknologi. Derudover kan man så udvide i flere dimensioner, så det kan betyde rigtig meget,« siger Kasper Nørgaard.

Varme er ikke et problem på molekyleniveau

Ud over muligheden for at gøre 'transistoren' - de enkelte elementer - mindre er der en anden fordel ved molekylærelektronik; nemlig at de ikke udvikler varme i samme omfang, som man kender det fra vores almindelige elektronik.

Det kan ifølge Kasper Nørgaard få stor betydning både for performance og størrelse på fremtidige intelligente apparater, samt hvilke anvendelsesområder teknologien kan diffundere ned igennem.

Der er dog endnu noget vej, før teknologien kan anvendes mere bredt, men forskerne arbejder med flere anvendelsesmuligheder for den nye teknologi.

Sponseret indhold

Digital tvilling styrer projekteringen af jernbaner

Jernbane

»Vi ser også på, om vi kan få de molekylære komponenter til at reagere over for andet end strøm - eksempelvis lys eller varme - for at se, om vi også kan udnytte teknologien på den måde. Men det første sted, hvor man vil se en anvendelse, vil nok være inden for hukommelsesteknologien,« siger han.

Andre anvendelsesområder kan være fremstilling af solceller eller ultratynde displays.

»Vores teknologi integrerer faktisk fint med den nuværende CMOS-teknologi og er skalérbar over mange størrelsesordener, så det vil også være et oplagt anvendelsesområde,« siger Kasper Nørgaard.

Forskernes resultater får et anerkendende nik med fra kollegerne på DTU Nanotech.

»Det viser, at Danmark er med, og grafen kommer utvivlsomt til at spille en rolle i forbindelse med molekylær elektronik. Der, hvor det er interessant, er i forbindelse med displays og optoelektronik, da de arbejder med en gennemsigtig elektrode,« siger lektor Mads Brandbyge DTU Nanotech til ing.dk og fortsætter:

»Den teknologi, der ellers anvendes, baserer sig nemlig på titaniumoxid, og der anvender man de dyre jordartsmetaller for at få de rette egenskaber frem, men her bruger man simpel organisk kemi til at lave elektronik. Det vil ikke udkonkurrere den anden type elektronik, men det vil komme til at spille en rolle, ikke mindst fordi man ikke bruger så eksotiske materialer,« siger han.

Han uddyber med, at netop den organiske grundstruktur i teknologien betyder, at det vil være langt billigere at producere elektronik baseret på kulstofmolekyler, samtidig med at det kan blive uhyre effektivt både strømmæssigt og performancemæssigt.

»Det er lidt som med medicin. Der skal investeres enorme summer i at finde frem til de rigtige molekyler og deres anvendelse, men når det først er overstået, kan det bare sprøjte enheder ud. Og fordelen her er, at man ikke er afhængig af eksempelvis de sjældne jordartsmetaller, der i sig selv indeholder en række problemstillinger omkring tilgængelighed og pris,« siger Mads Brandbyge.

Forskningsprojektet på Nano-Science Center er en del af et større internationalt samarbejde på Dansk-Kinesisk Center for Molekylær Nano-Elektronik, der skal aflure endnu flere af grafens hemmeligheder.