Grafeenista vihdoin toiminnallinen puolijohde

Georgia Institute of Technologyn tutkijat ovat luoneet maailman ensimmäisen toiminnallisen puolijohteen, joka on valmistettu grafeenista.

Tiimin läpimurto avaa oven uudelle tavalle tehdä elektroniikkaa. Se muun muassa mahdollistaa elektronien kvanttimekaanisten aalto-ominaisuuksien hyödyntämisen, mikä on kvanttilaskennan edellytys.

Georgia Techin professori Walter de Heer johti Atlantassa Georgian osavaltiossa ja Kiinan Tianjinissa sijaitsevaa tutkijaryhmää tuottamaan grafeenipuolijohteen, joka on yhteensopiva perinteisten mikroelektroniikan prosessointimenetelmien kanssa.

Nature- lehdessä julkaistussa tutkimuksessa de Heer ja hänen tiiminsä voittivat grafeenitutkimusta vuosikymmeniä vaivanneen äärimmäisen esteen ja syyn, miksi monet ajattelivat, että grafeenielektroniikka ei koskaan toimisi.

Syynä on ollut kaistaväli, jollaista grafeenilla ei ole ollut, tähän asti.

"Meillä on nyt erittäin vankka grafeenipuolijohde, jossa elektroneilla on 10- kertainen liikkuvuus piihin verrattuna. Sillä on myös ainutlaatuisia ominaisuuksia, joita ei ole saatavilla piissä", de Heer sanoo.

De Heer ja hänen tiiminsä saavuttivat aikoinaan läpimurron, kun he keksivät, kuinka grafeenia voidaan kasvattaa piikarbidikiekoilla. Näin syntynyt epitaksiaalinen grafeeni alkoi osoittaa puolijohtavia ominaisuuksia.

Seuraavan vuosikymmenen aikana he jatkoivat materiaalin parantamista Georgia Techissä ja myöhemmin yhteistyössä kollegoiden kanssa Tianjinin yliopistossa Kiinassa.

Ryhmän tuote on tällä hetkellä ainoa kaksiulotteinen puolijohde, jolla on kaikki tarvittavat ominaisuudet nanoelektroniikassa käytettäväksi, ja sen sähköiset ominaisuudet ovat paljon parempia kuin muilla tällä hetkellä kehitteillä olevilla 2D-puolijohteilla.

"Pitkäaikainen ongelma grafeenielektroniikassa on, että grafeenilla ei ollut oikeaa kaistaväliä eikä se kyennyt kytkeytymään päälle ja pois oikealla suhteella", sanoo Lei Ma. "Vuosien mittaan monet ovat yrittäneet ratkaista ongelman erilaisia menetelmiä. Teknologiamme saavuttaa kaistavälin ja on ratkaiseva askel grafeenipohjaisen elektroniikan toteuttamisessa."

Epitaksiaalinen grafeeni voi tuottaa paradigman muutoksen elektroniikan alalla ja mahdollistaa täysin uusia teknologioita, jotka hyödyntävät sen ainutlaatuisia ominaisuuksia. Erityisesti se mahdollistaa elektronien kvanttimekaanisten aalto-ominaisuuksien hyödyntämisen, mikä on kvanttilaskennan edellytys.

Aiheesta aiemmin:

Uusi ihme- ja kvanttimateriaali

Yliääniä ja suprajohtavuutta grafeenissa

Grafeeni ja terahertsit