Grafen zdobywa Nagrodę Nobla

ten Nagroda Nobla 2010 w dziedzinie fizyki został przyznany dwóm naukowcom, którzy przeprowadzili pierwsze eksperymenty na grafenie, dwuwymiarowym arkuszu atomów węgla. Nagroda przyznana fizykom z University of Manchester Andre Geim oraz Konstantin Nowosełow , rozpoznaje prace, które rozpoczęły się mniej niż dekadę temu nad materiałem, który od tego czasu jest używany do produkcji bijących rekordy tranzystorów i rozciągliwych elektrod.

Zwycięzca nagrody: Tegoroczna Nagroda Nobla w dziedzinie fizyki trafiła do naukowców z Wielkiej Brytanii, którzy byli pionierami w badaniach nad grafenem. Ten obraz ze skaningowego mikroskopu elektronowego przedstawia pognieciony arkusz grafenowy materiału o grubości jednego atomu.

Grafen to materiał o wielu superlatywach: jest najlepszym przewodnikiem elektryczności w temperaturze pokojowej i najmocniejszym materiałem, jaki kiedykolwiek testowano. Jest również doskonałym przewodnikiem ciepła, jest przezroczysty i elastyczny. Przed rozpoczęciem prac Geima i Novoselova naukowcy stworzyli teorię na temat istnienia materiału i przewidzieli, że można go wykorzystać do wytwarzania tranzystorów ponad 100 razy szybszych niż te w dzisiejszych chipach krzemowych. Ale dopóki brytyjscy naukowcy nie wyprodukowali i nie przetestowali grafenu w 2004 roku, wielu fizyków przypuszczało, że materiały o grubości jednego atomu będą niestabilne.

W 2004 roku Geim i Novoselov wykonali grafen w laboratorium, używając taśmy samoprzylepnej do odklejenia kawałka grafitu na coraz cieńsze arkusze, jak na tym filmie. Arkusz grafenu to pojedyncza warstwa atomów węgla splecionych w podobny do plastra miodu, powtarzający się wzór sześciokąta.

Grafen jest materiałem występującym naturalnie. Warstwy grafenu tworzą grafit znajdujący się w ołówku. Kiedy kreślisz ołówkiem na kawałku papieru, te warstwy są rozcinane, pozostawiając cienkie warstwy tych arkuszy węgla. Krusząc grafit i rozrywając go taśmą na coraz cieńsze płatki, a ostatecznie na kawałki o grubości zaledwie jednego atomu, Geim i Novoselov byli w stanie wytworzyć użyteczne ilości grafenu, które można było zbadać i rozwiać wątpliwości co do stabilności grafenu.

Multimedialne

• Kostya Novoselov demonstruje swoją technikę low-tech wytwarzania grafenu.

W swojej początkowej pracy, w 2004 r., nie tylko wykazali, że stworzyli grafen, ale także wyjaśnili jego właściwości elektryczne, nadając mu wzór i łącząc go z elektrodami. Nie byli pierwszymi, którzy widzieli grafen, ale z pewnością to Geim i Novoselov naprawdę otworzyli drzwi, aby móc go badać, mówi James Tour , profesor chemii na Rice University.

Kiedy opracowali ten eksperymentalny system do badania materiału, Geim i Novoselov oraz inni badacze, którzy podążali za nimi, odkryli kilka niezwykłych rzeczy. Po pierwsze, elektrony w grafenie zachowują się tak, jakby nie miały masy, przesuwając się do przodu z prędkością miliona metrów na sekundę. (Porównaj to z prędkością światła w próżni, 300 milionów metrów na sekundę). I podczas gdy elektrony zwykle odbijają się od przeszkód w materiale przewodzącym, elektrony przemieszczające się przez idealną siatkę plastra miodu z grafenu płynnie płyną.

Doskonała struktura grafenu daje początek egzotycznym efektom kwantowym, które są badane przez fizyków. Jednak właściwości elektryczne materiału, jego przezroczystość i wytrzymałość zostały wykorzystane przez inżynierów pracujących nad wszystkim, od ekranów dotykowych przez ogniwa słoneczne po lekkie materiały konstrukcyjne. Naukowcy z IBM opracowują macierze tranzystorów grafenowych, które pozostawiają konwencjonalny krzem w kurzu, a grupa z Samsunga opracowuje drukowane elektrody grafenowe do stosowania w przezroczystych, elastycznych ekranach dotykowych.

W uznaniu obietnicy materiału, DZIECI przedstawił pracę w Georgia Tech nad tranzystorami grafenowymi jako jedną z najbardziej obiecujących nowych technologii w 2008 r.; w tym samym roku nagrodziliśmy Novoselova naszą nagrodą młodego innowatora TR35.

Technikę Geima i Novoselova można wykorzystać do wytwarzania grafenu w stosunkowo niewielkich ilościach, wystarczających do zbadania go w laboratorium i stworzenia urządzeń testowych, ale nie na tyle blisko do produkcji. W międzyczasie naukowcy opracowali metody wytwarzania większych ilości materiału, a teraz uczą się, jak wykorzystać go do tworzenia urządzeń.

Teraz musimy znaleźć sposoby na niezawodną syntezę grafenu na dużą skalę i tworzenie tych technologii w sposób odtwarzalny w sposób, który ma sens ekonomiczny, mówi Phaedon Avouris, naukowiec opracowujący tranzystory grafenowe i fotodetektory w IBM Watson Research Center w Yorktown Heights w stanie Nowy Jork. .

ukryć