Krzem wyparty przez węgiel?

(fot. infogarfika jerzy chamier-gliszczyński)

Nazwy grafen i grafit nie są przypadkowe. Grafen jest właśnie wyciętym plastrem, a dokładniej warstwą pojedynczych atomów... z grafitu.

Dopiero w roku 2004 naukowcy przekonali się, że z grafitu można wyciąć tak cienką warstwę. Pierwsi dokonali tego naukowcy na uniwersytecie w Manchesterze.

Odmiana alotropowa to występowanie różnych odmian krystalograficznych tego samego pierwiastka chemicznego. Swoje odmiany alotropowe mają między innymi: tlen, węgiel, fosfor, siarka, cyna, żelazo.

Grafen naukowców zaskoczył dwojako. Po pierwsze - swoją budową. Okazało się, że jest to pierwszy znany materiał dwuwymiarowy - ma tylko długość i szerokość. A dokładniej warstwa atomów węgla, która jest ułożona w heksagonalną sieć. Po drugie - swoimi właściwościami. Grafen jako wycinek grafitu, który jako odmiana alotropowa węgla jest "kuzynem" diamentu, wykazuje na tyle mocną budowę, że nie udało się go rozerwać wiązką z mikroskopu elektronowego. Do tego grafen nie przepuszcza gazów. I ostatnią, najciekawszą i wróżącą przyszłość grafenowi właściwością jest to, że bardzo dobrze przewodzi prąd. Mówiąc inaczej, posiada dużą ruchliwość elektronów, które poruszają się najkrótszą drogą, od atomu do atomu.

Ruchliwość elektronów
Dla arsenku galu ruchliwość elektronów wynosi 8500 cm2/Vs, dla krzemu jest to zaledwie 1500 cm2/Vs. Okazało się, że w temperaturze pokojowej w grafenie pozbawionym zanieczyszczeń ruchliwość elektronów dochodzi do... 200 000 cm2/Vs.
Na tej właściwości naukowcy się najbardziej skupili. Zaraz po "wyizolowaniu" grafenu z grafitu zabrali się do konstruowania grafenowego tranzystora.

Głównym problemem jest, jak sami uważają, uzyskanie czystego grafenu w dużych plastrach nadających się do dalszej produkcji.

Obecnie testuje się metodę polegającą na podgrzewaniu plastrów węglika krzemu do temperatury 1300 stopni Celsjusza. Pod jej wpływem materiał się rozwarstwia i naukowcy uzyskują duże płachty grafenu.