Grafeeni pidetään yhtenä parhaista materiaaleista, joista tiedämme. Se ei ole vain terästä vahvempi, vaan se voi olla vain yhden atomin paksuinen, mikä tarkoittaa, että voimme luoda materiaaleista vahvoja kevyitä rakenteita ja voimme pian käyttää sitä pienen, erittäin ohuen elektroniikan rakentamiseen.
LUE SEURAAVA: Mitä grafeeni on ja mitä se voi tehdä?
Barcelonan fotonisten tieteiden instituutin (ICFO) tutkijat yhdessä Graphene Flagship -ryhmän kanssa ovat käyttäneet ihmemateriaalia puristaakseen valoa vain yhden atomin paksuiseksi. Heidän tutkimuksensa, julkaistu Tiede, selittää, kuinka he käyttivät grafeenia rajoittamaan valoa ja ennustivat ultrapienten optisten antureiden, ilmaisimien ja kytkimien uutta aikakautta.
Katso aiheeseen liittyvä
Tällä hetkellä tietokonesirujen koot kamppailevat pienentyessään, mikä on Mooren lakia vastaan. teoria, joka hahmotteli laitteiden eksponentiaalista kutistumista, joka on ruokkinut siruteollisuutta vuotta. Tutkimusryhmän havainnot voivat johtaa erittäin pienten kytkimien luomiseen, jotka voisivat helpottaa Mooren lain jatkamista jälleen.
ICFO-tiimin läpimurto on merkittävä, koska aikaisemmat yritykset käyttää metalleja valon kutistamiseen eivät yleensä ole koskaan onnistuneet tiivistämään valoaaltoa niin pieneen muototekijään. Muut kokeet, jotka onnistuivat työntämään valon diffraktiorajan alapuolelle, johtaisivat aina energian menetykseen. Grafeeni voittaa tämän.
"Grafeeni yllättää meidät jatkuvasti: kukaan ei uskonut, että valon rajoittaminen yhden atomin rajaan olisi mahdollista", sanoo ICFO: n tutkimusta johtanut professori Frank Koppens. "Se avaa täysin uusia sovelluksia, kuten optista viestintää ja tunnistusta alle nanometrin mittakaavassa."
Kuten minkä tahansa hyvän tieteellisen löydön kohdalla, näyttää siltä, että tutkimusryhmät törmäsivät grafeenin valon kulkeutumisominaisuuksiin vahingossa.
"Aluksi etsimme uutta tapaa herättää grafeeniplasmoneja", selittää David Alcaraz Iranzo, ICFO: n paperin johtava kirjoittaja. ”Matkalla huomasimme, että eristys oli aiempaa vahvempi ja lisähäviöt minimaaliset. Joten päätimme mennä yhden atomin rajaan yllättävin tuloksin.
Tutkijaryhmä käytti pinoja heterorakenteita – kaksiulotteisia materiaaleja – nanooptisen laitteen rakentamiseen. Sitten he käyttivät grafeenin yksikerrosta, joka toimii puolimetallina, ja pinosivat sen päälle kuusikulmaisen boorinitridimonokerroksen toimimaan eristeenä. Tämän lisäksi he asettivat joukon metallisauvoja. Päätös käyttää grafeenia johtui yksinkertaisesti sen valoa ohjaavista ominaisuuksista johtuen sen värähtelevistä elektroneista, jotka tunnetaan plasmoneina.
LUE SEURAAVA: Timanttien nanolanka voi olla supervahva materiaali, jota maailma odottaa
Jos tämä kaikki on hieman hukassa, älä huoli. Pohjimmiltaan tutkimuksen tarkoituksena oli nähdä, kuinka plasmonit lisääntyivät metallin ja grafeenin välillä. Satunnainen läpimurto tapahtui, kun tutkijat päättivät pienentää metallin ja grafeenin välistä kuilua niin paljon kuin mahdollista nähdäkseen, katoaisiko energiaa, jos he rajoittaisivat valoa.
Heidän yllätyksensä grafeenin plasmonit olivat edelleen kiihtyneitä käyttämällä kuusikulmainen boorinitridi-yksikerrosta väliaineena ja pystyivät leviämään vapaasti jopa vain yhden atomin paksuiseen kanavaan. Ryhmä onnistui sitten hallitsemaan tätä etenemistä käyttämällä sähköjännitettä, mikä osoitti valon ohjauksen alle nanometrin kanavissa.
"Tässä julkaisussa raportoidut vaikuttavat tulokset ovat osoitus merkityksellisyydestä huipputieteen kannalta lippulaivatyö”, selittää professori Andrea C Ferrari, Graphenen tiede- ja teknologiajohtaja Lippulaiva. "Valorajoituksen äärimmäisen rajan saavuttaminen voi johtaa uusiin laitteisiin, joiden mitat ovat ennennäkemättömän pienet."
Menee varmasti vielä hetki, ennen kuin alamme nähdä tämän tutkimuksen tulosten tunkeutuvan kulutustavaroihin – osittain grafeenin mittakaavan valmistuksen kohtuuttomien kustannusten vuoksi. Tämä tutkimus on kuitenkin epäilemättä siirtänyt meidät askeleen lähemmäksi tulevaisuuden erittäin ohuita ja kevyitä laitteita.
[Kuva: ICFO]
