Genombrott för supermaterialet grafen
Framtidens supersnabba elektronik kräver nya material och det hetaste är grafen, ett enda lager av kolatomer. Grafen framställt med en metod från Linköpings universitet, LiU har nu i en studie vid Chalmers tekniska högskola visat sig hålla samma höga kvalitet som kisel, vilket öppnar för storskalig produktion.
De lovande resultaten publiceras i nätupplagan av tidskriften Nature Nanotechnology.
Forskargruppen vid LiU, ledd av professor Rositza Yakimova, visar tillsammans med en forskargrupp vid Chalmers, ledd av docent Sergey Kubatkin, Institutionen för mikroteknologi och nanovetenskap, MC2, samt kollegor i Storbritannien och Italien att svenskt grafen medger en hög precision för kvantmekaniska effekter – något som annars bara uppnås i etablerade halvledare som kisel och galliumarsenid.
Hastigheten hos elektronerna i kisel – som används för att tillverka dagens processorer – har nått sin gräns. I grafen är elektronerna 100 gånger snabbare än i kisel, och forskargrupper världen över försöker nu framställa materialet i tillräckligt hög kvalitet.
Tidigare har lovande egenskaper kunnat påvisas endast på små bitar av grafen. För att komma vidare måste man kunna tillverka materialet i större ytor för att göra wafers som kretsar kan byggas från.
Forskningen fokuserar nu på att utgå från skivor av kiselkarbid, där man avlägsnar kisel från ytan och lämnar kvar ett lager av kolatomer. Fördelen är att tillräckligt stora skivor av kiselkarbid finns kommersiellt tillgängliga, men en svårighet har varit att kontrollera att grafen formas jämnt med tillräcklig kvalitet över stora ytor.
– Mätningarna visar en fyra potenser eller 10 000 gånger högre precision än de bästa resultat som uppnåtts med grafen framställd genom avskalning (exfoliering) från grafit, säger Sergey Kubatkin, docent vid Chalmers tekniska högskola.
Resultaten ger den första resistansstandard, dvs ett mått på elektrisk motstånd som bara beror på naturkonstanter, som fungerar vid en temperatur av 4.2 K. De två resistansstandarder som funnits hittills är baserade på kisel eller galliumarsenid och fungerar bara vid mycket lägre temperaturer och är betydligt svårare att både framställa och använda.
Det material som nu testats framgångsrikt är tillverkat med en metod utvecklad av LiU-teamet Rositza Yakimova, Mikael Syväjärvi och Tihomir Iakimov.
– Detta visar att svensk forskning håller världsklass när det gäller att ta fram nya material med tillräckligt hög prestanda för framtidens elektronik, säger Mikael Syväjärvi, docent vid Institutionen för fysik, kemi och biologi.
Artikel: Quantum resistance standard based on epitaxial graphene av A. Tzalenchuk, S. Lara-Avila, A. Kalaboukhov, S. Paolillo, M. Syväjärvi, R. Yakimova, O. Kazakova, T.J.B.M. Janssen, V. Falko och S. Kubatkin. Nature Nanotechnology Advanced Online Publication, 17 januari 2010.
Kontaktinformation
Kontakt:
Sergey Kubatkin, docent, 031-772 5475, sergey.kubatkin@chalmers.se
Mikael Fogelström, professor, 031-772 3196, mikael.fogelstrom@chalmers.se
Rositza Yakimova, professor, 013-282528, rosya@ifm.liu.se
Mikael Syväjärvi, docent, 013-285708, mikael.syväjärvi@ifm.liu.se
