Pigem efekt kui defekt – samm lähemale väiksemate, kiiremate grafeenipõhiste seadmeteni

Kuuldes sõna ‘defekt’ mõtleme me sellest kui lahendust vajavast probleemist. Ühes hiljutises uurimuses aga tekitasid Lõuna Florida Ülikooli teadlased defekti, mis võib ise olla lahenduseks probleemile üha uute elektroonikaseadmete väljatöötamisel. 

Ajakirjas Nature Nanotechnology ilmunud artiklis kirjeldatakse professorite Matthias Batzilli ja Ivan Oleyniku juhitud teadlasterühma uudset lahendust, mis seisneb grafeenile lisadefekti tekitamises. Et grafeen oleks kasutatav sellistes elektroonilistes rakendustes nagu näiteks integreeritud vooluringid, tuleb sellele tekitada pisidefektid. Varasemad katsed tekitada vajalikke defekte on osutunud kas ebapüsivateks või on tekkinud olukord, kus ainult grafeenplaadi ääred või grafeeniribad omavad vajaliku defektiga struktuuri.

Lõuna Florida Ülikooli teadlased töötasid aga välja viisi kuidas valmistada täpselt piiritletud, mitme aatomi ulatusega defekti, mis koosneb grafeenlehte paigutatud viie- ja kaheksanurksetest süsinikurõngastest. Selline defekt käitub kui ühedimensionaalne metalljuhe, mis juhib hästi elektrivoolu. Seesuguseid defekte on võimalik kasutada metallilise sidemena või süsinikust valmistatud aatomsuuruses elektroonikaseadmete osadena.

Kuidas siis teadlasterühm sellega ikkagi hakkama sai? Nad kasutasid ära ühekristallilise niklist substraadi iseorganiseeruvaid omadusi ning tarvitasid ‘tellingutena’ metallist pinda, et valmistada kaks poolikut grafeenlehte, mis sobituksid teineteisega aatomi täpsusega. Kui kahe poole ääred üksteisele lähendati, tekkis loomulikul teel ulatuslik joondefekt. Tunnelmikroskoopiat ning elektroonilisi struktuuriarvutusi kasutades tehti kindlaks, et sellisel uudsel ühedimensionaalsel süsiniku defektil on kogu riba laiuses täpselt määratletud, perioodiline aatomstruktuur ning metallilised omadused.

Selline peenike juhe võib tugevasti mõjutada tuleviku arvutikiipide arengut ning suurt hulka seadmeid, mis kiipe kasutab. 20 sajandi lõpul kirjeldasid arvutiinsenerid fenomeni nimega Moore’i seadus, mis ütleb, et arvutiprotsessorisse sisseehitavate transistorite arv kahekordistub umbes iga kahe aasta tagant. See seadus on osutunud tõeseks ning kiiremate, väiksemate ja odavamate arvutite näol on kogu ühiskond sellest kasu lõiganud. Viimaste aastate jooksul on mitmed füüsikud ja insenerid aga uskuma hakanud, et ilma läbimurreteta uute materjalide alal võib Moore’i seadus end varsti ammendada. Kuna ränil põhinevate transistorite suurus läheneb aasta-aastalt väiksemaile võimalikele mõõtmetele, on üha raskem ühte protsessorisse rohkem transistoreid mahutada.

See uus avastus ei saa uutes nanoseadmetes olema aga kohe kättesaadav, kuid see võib lähitulevikus osutuda oluliseks sammuks kiiremate ja võimsamate elektrooniliste seadmete väljatöötamisel.

Metalljuhtmed grafeenis võiksid tulevikus aidata hoida Moore’i seaduse poolt ennustatud mikroprotsessorite tehnoloogia arengu kiiruse taset. Lõuna Florida Ülikooli teadlaste avastus avab ukse uutest materjalidest elektrooniliste seadmete valmistamisele. See uus avastus ei saa uutes nanoseadmetes olema aga kohe kättesaadav, kuid see võib lähitulevikus osutuda oluliseks sammuks kiiremate ja võimsamate elektrooniliste seadmete väljatöötamisel.

Loe lisaks:

Teadusartikkel: http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/abs/nnano.2010.53.html

Artikkel lehel physorg.com: http://www.physorg.com/news189245010.html