Grafene, che è composto da uno strato di atomi di carbonio dello spessore di un atomo in un reticolo a nido d'ape (come il filo di pollo su scala atomica), è il materiale più sottile al mondo e uno dei più duri e resistenti. Infatti, gli ultimi anni hanno visto un'esplosione di ricerche sulle proprietà e le potenziali applicazioni del grafene, che è stato pubblicizzato come un'alternativa superiore al silicio.
Poiché il grafene è un materiale bidimensionale, "tutto è una superficie esposta, "dice il chimico fisico Phaedon Avouris, manager della divisione Nanometer Scale Science and Technology presso l'IBM T.J. Watson Research Center a Yorktown Heights, N.Y. "Mentre il grafene ha una serie di proprietà estremamente utili, compresa la mobilità degli elettroni molto veloce, elevata resistenza meccanica, e ottima conducibilità termica, le interazioni del grafene con il suo ambiente, ad esempio con il supporto su cui è posizionato, l'ambiente circostante, o altri materiali nella struttura di un dispositivo, possono influenzare e modificare drasticamente le sue proprietà intrinseche."
"Il nostro interesse è comprendere le proprietà di questo nuovo materiale nelle condizioni che sono presenti nella tecnologia attuale e applicare questa conoscenza al design, fabbricare, e testare dispositivi e circuiti elettronici e optoelettronici a base di grafene, "dice Avouris, che presenterà nuovi risultati sperimentali sull'uso del grafene nell'elettronica veloce e nella fotonica al meeting AVS di Nashville, Ten., tenutosi dal 30 ottobre al 4 novembre. Discuterà anche di ciò che deve ancora essere fatto per tradurre queste applicazioni in prodotti commerciali.
Avouris, un borsista IBM, è impegnata da 25 anni nella ricerca sulle nanotecnologie, e ha trascorso gli ultimi 15 anni a studiare le proprietà e le applicazioni dei nanotubi di carbonio, un parente stretto del grafene. "Quindi era naturale che quando il grafene è stato isolato nel 2004, Ci ho rivolto la mia attenzione. Con l'aiuto dei fondi della DARPA, abbiamo iniziato uno sforzo focalizzato sull'elettronica al grafene, " lui dice.
A differenza dei semiconduttori convenzionali come silicio e arseniuro di gallio, che sono attualmente utilizzati in elettronica, il grafene non ha un band-gap – la differenza di energia tra lo stato non conduttivo e conduttivo di un materiale. "Questo lo rende inadatto alla costruzione di interruttori digitali, che richiedono la capacità di spegnere completamente la corrente, " dice Avouris. "Tuttavia, " Aggiunge, "le eccellenti proprietà elettriche del grafene, come la sua elevata mobilità degli elettroni accoppiata con una modesta modulazione di corrente, lo rendono molto appropriato per l'elettronica analogica molto veloce (ad alta frequenza), " che vengono utilizzati nelle comunicazioni wireless, radar, sistemi di sicurezza, immagini, e altre applicazioni.
"Abbiamo già dimostrato transistor al grafene ad alta frequenza - superiori a 200 gigahertz - e semplici circuiti elettronici come mixer di frequenza, "dice Avouris, "e abbiamo anche dimostrato fotorivelatori molto veloci e li abbiamo usati per rilevare flussi di dati ottici".
Nel futuro, i ricercatori del grafene devono migliorare la qualità del grafene sintetico e studiarne le proprietà in condizioni rilevanti per la tecnologia, dice Avouris, che è "molto ottimista" sul futuro del grafene sia nell'elettronica che nella fotonica e anticipa lo sviluppo di ulteriori nuove applicazioni.
