grafeen, die is samengesteld uit een één atoom dikke laag koolstofatomen in een honingraatachtig rooster (zoals kippengaas op atomaire schaal), is 's werelds dunste materiaal - en een van de hardste en sterkste. Inderdaad, de afgelopen jaren een explosie van onderzoek naar de eigenschappen en mogelijke toepassingen van grafeen, die is aangeprezen als een superieur alternatief voor silicium.

Omdat grafeen een tweedimensionaal materiaal is, "het is allemaal een blootgesteld oppervlak, " zegt fysisch chemicus Phaedon Avoris, manager van de Nanometer Scale Science and Technology-divisie bij IBM's T.J. Watson onderzoekscentrum in Yorktown Heights, N.Y. "Hoewel grafeen een aantal uiterst nuttige eigenschappen heeft, inclusief zeer snelle elektronenmobiliteit, hoge mechanische sterkte, en uitstekende thermische geleidbaarheid, de interacties van grafeen met zijn omgeving - bijvoorbeeld, met de ondergrond waarop het is geplaatst, de omgeving, of andere materialen in de structuur van een apparaat - kunnen de intrinsieke eigenschappen ervan drastisch beïnvloeden en veranderen."

"Ons belang is om de eigenschappen van dit nieuwe materiaal te begrijpen onder omstandigheden die aanwezig zijn in de huidige technologie en deze kennis toe te passen op ontwerp, fabriceren, en op grafeen gebaseerde elektronische en opto-elektronische apparaten en circuits testen, " zegt Avoris, die nieuwe experimentele resultaten zal presenteren over het gebruik van grafeen in snelle elektronica en fotonica op de AVS-bijeenkomst in Nashville, Tenn., gehouden 30 oktober – 4 november. Hij zal ook bespreken wat er nog moet gebeuren om deze toepassingen te vertalen naar commerciële producten.

Avoris, een IBM-fellow, is al 25 jaar betrokken bij nanotechnologisch onderzoek, en heeft de afgelopen 15 jaar de eigenschappen en toepassingen van koolstofnanobuisjes bestudeerd, een naaste verwant van grafeen. "Dus het was natuurlijk dat toen grafeen in 2004 werd geïsoleerd, Ik richtte mijn aandacht erop. Met de hulp van financiering van DARPA, we begonnen een gerichte inspanning op grafeenelektronica, " hij zegt.

In tegenstelling tot conventionele halfgeleiders zoals silicium en galliumarsenide, die momenteel worden gebruikt in de elektronica, grafeen heeft geen bandgap - het energieverschil tussen de niet-geleidende en geleidende toestand van een materiaal. "Dit maakt het ongeschikt voor het bouwen van digitale schakelaars, die de mogelijkheid vereisen om de stroom volledig uit te schakelen, "zegt Avouris. "Echter, " hij voegt toe, "de uitstekende elektrische eigenschappen van grafeen, zoals de hoge elektronenmobiliteit in combinatie met bescheiden stroommodulatie, maken het zeer geschikt voor zeer snelle (hoogfrequente) analoge elektronica, " die worden gebruikt in draadloze communicatie, radar, beveiligingssystemen, in beeld brengen, en andere toepassingen.

"We hebben al hoogfrequente grafeentransistors - meer dan 200 gigahertz - en eenvoudige elektronische circuits zoals frequentiemixers, " zegt Avoris, "en we hebben ook zeer snelle fotodetectoren gedemonstreerd en deze gebruikt om optische gegevensstromen te detecteren."

In de toekomst, grafeenonderzoekers moeten de kwaliteit van synthetisch grafeen verbeteren en de eigenschappen ervan bestuderen onder omstandigheden die relevant zijn voor technologie, zegt Avoris, die "zeer optimistisch" is over de toekomst van grafeen in zowel elektronica als fotonica en anticipeert op de ontwikkeling van aanvullende nieuwe toepassingen.