Cikcakkos grafén magyar ötletből
A grafitot már régóta ismeri és használja az emberiség, a grafén pedig nem más, mint egyetlen atomvastagságú grafitréteg. A grafénnel kapcsolatos első kutatások 2004-ben indultak el, amikor Angliában dolgozó orosz kutatóknak először sikerült grafitból grafénlapokat előállítani és izolálni – ezért a felfedezésért kapta meg az idei fizikai Nobel-díjat Andre Geim és Konstantin Novoselov. Ezt követően a grafén nagyon gyorsan a nanotechnológiai kutatások középpontjába került, mivel különleges elektronszerkezete miatt többen is felvetették, hogy felválthatja az integrált áramkörök gyártásában jelenleg egyeduralkodó szilíciumot. A szilíciummal az a gond, hogyha a szilícium darabka eléri a néhány tíz nanométeres méretet, megváltozik benne az elektronok viselkedése, ezáltal az anyag elveszti eredeti tulajdonságait.
Sajátos elektronszerkezete miatt azonban a grafén módosítások nélkül nem alkalmazható a digitális technológiában. Ahhoz, hogy a grafént a mindennapi elektronikai eszközökben is alkalmazhassuk, el kell érni, hogy a grafénból készült tranzisztorok kikapcsolhatóak legyenek, azaz rendelkezzenek olyan állapottal, amikor nem folyik bennük áram. Ezt úgy lehet elérni, hogy a grafénlapból jól meghatározott kristálytani irányokban nagyon keskeny szalagokat vágnak ki. Ezt a bonyolult technológiai problémát a világon elsőként az MTA MFA kutatóinak sikerült megoldaniuk. Biró László Péter vezetésével egy pásztázó alagútmikroszkóp tűjével adott irányokban, tetszőleges alakzatokat vágtak grafénlapokból. Az MTA MFA nanoszerkezetek osztályának kutatói már több éve a grafénkutatás élvonalában dolgoznak. Ennek köszönhető, hogy idén szeptembertől Biró László Péter vezetésével az MTA MFA-ban létrejött a közös Koreai–Magyar Nanotudományok Laboratórium.
Az intézet munkatársa, Nemes-Incze Péter a közelmúltban egy új eljárást dolgozott ki: szilícium-dioxid felületre helyezett grafénréteget tudtak kristálytani irányok szerint nanométeres pontossággal megmunkálni. A módszer újdonsága, hogy ebben az eljárásban a grafénlap már eleve szigetelő felületen helyezkedik el. A módszer lényege, hogy a szilícium-dioxid felületén elhelyezkedő grafén a hordozóból származó oxigén hatására oxidálódik. A folyamat lassan megy végbe, ezért nagyon jól irányítható. A kutatók az oxidáció kiindulásának helyét is meg tudják határozni azáltal, hogy a kristályszerkezet bizonyos pontjain mesterséges hibákat hoznak létre. Ezután az oxidáció gyakorlatilag önmagától, a meghatározott kristálytani irányokban lezajlik. Ezzel az oxidációs eljárással különböző alakzatokat vághatnak ki, akár cikcakk élűeket is. A közeljövő izgalmas feladata a grafénszalagok elektromos, illetve egyéb fizikai tulajdonságainak elemzése. Nemes-Incze Péter úgy véli, eredményeik révén hamarosan a jelenleg alkalmazott szilíciumalapú tranzisztoroknál nagyságrendekkel gyorsabb tranzisztorok készülhetnek. Az eredmények sokatmondóak, de a fizikus úgy érzi, hogy a grafénkutatások terén csupán most kezdődik az igazán izgalmas időszak.
