Jo 15 vuoden ajan tiedemiehet ovat yrittäneet hyödyntää grafeenia tuottamaan nanomittakaavan elektroniikkaa. Teoriassa grafeenia voidaan muuttaa suorittamaan monia erilaisia tehtäviä esimerkiksi elektroniikassa, fotoniikassa tai antureissa piirtämällä siihen pieniä kuvioita, koska tämä muuttaa olennaisesti sen kvanttiominaisuuksia.
Kuitenkin kaistaeron tuottaminen grafeeniin on ollut haastava. Tanskan teknillinen yliopiston (DTU) ja Aalborgin yliopiston yhteinen Center for Nanostructured Graphene -keskuksen tutkijat ovat nyt tuottaneet litografisesti muokattu kaistarakenteen grafeeniin.
- Grafeeni on fantastinen materiaali, joka mielestäni tulee olemaan ratkaiseva asema uuden nanoskooppisen elektroniikan valmistamisessa. Ongelmana on, että sähköisten ominaisuuksien suunnittelu on erittäin vaikeaa, sanoo fysiikan professori Peter Bøggild.
Ensin tutkijat kapseloivat grafeenin toisen kaksiulotteisen materiaalin sisään. Tässä käytettiin heksagonaalista boorinitridiä, joka on ei-johtava materiaali, jota käytetään usein grafeenin ominaisuuksien suojaamiseen.
Seuraavaksi he elektronisuihkulitografialla kuvioivat boorinitridiä ja grafeenia tiheästi pienillä rei´illä. Reikien halkaisija on noin 20 nanometriä, ja niiden väli on vain 12 nanometriä. Kuviorakenne mahdollistaa sen, että rakenteen läpi on mahdollistaa johtaa tuhat kertaa enemmän sähkövirtaa kuin mitä on raportoitu vastaavissa pienissä grafeenirakenteissa.
- Olemme osoittaneet, että pystymme hallitsemaan grafeenin kaistarakennetta ja suunnittelemaan sen toimintaa. Kun hallitsemme kaistan rakennetta, meillä on pääsy kaikkiin grafeenin ominaisuuksiin. Lisäsi huomasimme yllätykseksemme, että jotkut kaikkein hienovaraisimmista kvanttielektronisista vaikutuksista selviytyvät tiheässä kuvioinnissa - mikä on erittäin rohkaisevaa, toteaa Peter Bøggild.
- Monet tiedemiehet ovat jo aikoja sitten luopuneet nanolitografian kokeilemisesta grafeenissa tällä mittakaavalla, ja se on melko sääli, koska nanorakenne on ratkaiseva väline grafeenielektroniikan ja fotoniikan mielenkiintoisimpien ominaisuuksien hyödyntämiseksi. Voidaan sanoa, että kirous on nyt voitettu. On edelleen olemassa haasteita, mutta se, että voimme räätälöidä grafeenin elektronisia ominaisuuksia on suuri askel kohti uutta elektroniikkaa, jolla on erittäin pienet mitat, Bøggild iloitsee.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 1.3.2019
