Baktériumokkal formálnák félvezetővé a grafént

A nagyon ígéretesen indult csodaanyag nagyrészt használhatatlan az elektronika számára, mivel össze-vissza vezeti az elektronokat, és nem rendelkezik tiltott sávval.

Baktériumokkal formálnák félvezetővé a grafént

A grafén 2004-es felfedezése óta izgatja a szakértők fantáziáját, hiszen a szénatomok egyetlen atomi rétegéből álló anyag azzal kecsegtetett, hogy belőle rendkívül vékony, rugalmas és félig-meddig átlátszó elektronikai rendszereket lehet létrehozni. Az anyag azonban végül nem volt képes beváltani a hozzá fűzött nagy reményeket, mivel hiába kiváló vezető, ha más elektromos tulajdonságai nem érik el a megkívánt szintet.

A grafén egyik problémája, hogy az elektromos töltések rajta véletlenszerűen, a lap minden irányába terjednek. A másik gond, hogy a grafén nem rendelkezik tiltott sávval, azaz sávszerkezetének nincs olyan tartománya, melyben az elektronállapotok tiltottak lennének. Ez pedig szükséges lenne ahhoz, hogy rajta két, jól elkülöníthető elektromos állapotot lehessen létrehozni, ami a tranzisztorok működésének alapfeltétele.

A tiltott sáv létrehozásának egyik módja, hogy másfajta atomokkal szennyezik az anyagot, ez azonban rontja a grafén vezetőképességét, ami legelőnyösebb tulajdonsága. Egy másik megoldás lehet az atomi rétegek alakjának megváltoztatása, például azok meggyűrése, de a gyűrődések precízen orientált létrehozására pillanatnyilag nem létezik működő technológia. Ez azonban rövidesen megváltozhat.

Az Illinois-i Egyetem kutatói ugyanis rájöttek, hogyan hozhatnak létre pontosan olyan gyűrődéseket a grafénon, amilyeneket szeretnének a szénabacilus, azaz a Bacillus subtilis példányai segítségével. Az említett mikrobák normál körülmények között rövid, tömzsi pálcikákat formáznak, amelyek sima külső réteggel rendelkeznek. Ha azonban vízhiányos állapot lép fel, a pálcikák a mazsolához hasonlóan összetöppednek, külső rétegük meggyűrődik és meg is rövidülnek.

Ezek a gyűrődések pedig Vikas Berry és kollégái szerint tökéletesek arra, hogy a grafén megmintázására szolgáljanak. A kutatók kísérletük során egy szénabacilusokat tartalmazó tápoldatcseppet helyeztek egy szilícium-dioxid chipre, amelynek két végén elektródák voltak. Ez utóbbiak között aztán töltést áramoltattak a szakértők, aminek hatására a baktériumok is töltésre tettek szert: a pálcikák egyik vége pozitívvá, míg a másik negatívvá vált, és a mikrobák a töltésáramlás irányával párhuzamosan rendeződtek el.

A következő lépésben a szakértők egy grafénlapot helyeztek az ilyen módon összerendezett baktériumokra, majd az egész elrendezést 250 °C-ra hevítették egy vákuumkamrában. A mikrobák ennek hatására kiszáradtak és összetöppedtek, és saját külső rétegükkel együtt a grafént is meggyűrték.

Mivel pedig a baktérium gyűrődései nagyon szigorúan rendezettek (a redők majdnem mindig egymástól pontosan 33 nanométerre kezdenek formálódni), a grafén is szabályos mintázatra tett szert. Az egyetlen probléma az eredménnyel az volt, hogy ez a redőtávolság túlságosan nagy ahhoz, hogy használható méretű tiltott sávot hozzon létre. Ehhez ugyanis 5 nanométer távolságú gyűrődésekre lenne szükség. Berry azonban úgy véli, hogy ez is megvalósítható lehet az általuk kiötlött módszerrel, mindössze találni kell egy olyan baktériumfajt, amely erősebb sejtfallal rendelkezik, és így kiszáradva sűrűbb redőket képez.

A grafén ugyanakkor már a 33 nanométeres gyűrődésekkel is érdekes tulajdonságokra tett szert. Az elektronok útja például sokkal szabályozottabbá vált a lapon, mivel a részecskék a redők mentén kezdtek áramlani a véletlenszerű útvonalak helyett. Ez pedig azt sugallja, hogy ha a tiltott sáv problémáját sikerül valahogy megoldani, a grafénrétegek precíz meggyűrésével azokon hasonló csatornák hozhatók létre, mint amilyenek a szilícium chipekbe belemart, majd más anyaggal feltöltött járatok. A grafén mintázásával így például logikai kapuk lehetnek kreálhatók.

Mielőtt azonban ez megtörténik, két másik problémát is meg kell oldani. Az egyik, hogy módot kell találni a baktériumok eltávolítására és a gyűrött grafén fixálására. A másik gondot a művelet megismételhetősége jelenti. Az egyes baktériumok enyhén egymástól is eltérnek, például akkor, ha különböző korúak, így pedig nehezebben használhatók mintázó formákként. Ezek kétségkívül fontos, és remélhetőleg megoldható részletek, azonban jelen pillanatban sokkal fontosabb ezeknél, hogy Berry és kollégái egy gyökeresen új módszert dolgoztak ki, amelynek köszönhetően egy napon talán tényleg használható lesz az elektronikában a grafén.

Tesztek

{{ i }}
arrow_backward arrow_forward
{{ content.commentCount }}

{{ content.title }}

{{ content.lead }}
{{ content.rate }} %
{{ content.title }}
{{ totalTranslation }}
{{ orderNumber }}
{{ showMoreLabelTranslation }}
A komment írásához előbb jelentkezz be!
Még nem érkeztek hozzászólások ehhez a cikkhez!
Segíts másoknak, mond el mit gondolsz a cikkről.
{{ showMoreCountLabel }}

Kapcsolódó cikkek

Magazin címlap arrow_forward