Nový materiál pro elektroniku

Grafen si můžeme představit jako velmi jemné šestiúhelníkové pletivo, v jehož uzlech se nacházejí jednotlivé atomy uhlíku. V zásadě jde o materiál, který vznikne z uhlíkových nanotrubiček, jejich válcovité útvary se rozvinou do roviny. Tento materiál o tloušťce jednoho atomu uhlíku skrývá velký potenciál v oblasti mechanické, optické, ale i elektronické. Elektrony v grafenu se totiž pohybují mnohem rychleji a s mnohem menším odporem než elektrony v běžných polovodičích či kovech. Některé výzkumy dokonce mluví o rychlostech, které se blíží rychlosti světla. V budoucnosti budeme moci vytvářet nejen grafenové nanoobvody s tranzistory o frekvencích až jednoho TeraHertzu, tedy jednoho bilionu Hertzů, ale i různé jiné zvláštní elektronické nanosoučástky, které dnes považujeme za exotické. Z grafenu bude možné vyrábět nejen dokonalé tenké optické displeje, optoelektronické součástky, ale i velmi účinné energetické konvertory, které při zahřátí umějí vyrábět elektrickou energii. Grafenové nanoobvody také budou mít mnohem menší spotřebu energie.

Výroba potřebných struktur na bázi grafenu nebo jeho oxidu není snadná. Využívá se různých metod manipulace s materiály v atomovém měřítku. Pro výrobu polovodičových struktur na bázi grafenu se osvědčily např. grafenové nanoproužky, tedy precizně ořezané obdélníkové struktury či pásky z uhlíkového pletiva. Novým způsobem výroby je tzv. termochemická nanolitografie. Při této metodě se těsně nad materiálem, kterým je nevodivý oxid grafenu, posouvá rozžhavený jemný hrot tzv. mikroskopu atomových sil (AFM) a přeměňuje oxid grafenu v redukovaný, kyslíku zbavený, oxid grafenu či grafen. Tento redukovaný oxid grafenu je pak tím materiálem, jehož vodivé vlastnosti lze detailně měnit a vylaďovat. Takto se v laboratořích vyrábějí pokusné nanodrátky a nanoobvody. Tato metoda vypadá z hlediska průmyslového nasazení velmi nadějně. Princip metody termochemické nanolitografie byl publikován 11. června 2010 v časopise Science. Za úspěchem stojí výzkumníci z Technologického institutu v Atlantě ve státě Georgia.