Gå direkt till innehåll

Nyhet -

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 har nu i ett europeiskt samarbetsprojekt 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 forskargrupper vid Chalmers tekniska högskola, brittiska National Physical Laboratory och Lancaster University samt italienska Politecnico di Milano att det svensktillverkade grafenet 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 forskare 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 av grafenets elektriska egenskaper kunde genomföras med en extremt hög precision, en viktig förutsättning för att kunna skapa exakta standarder för materialet. En gemensam internationell standard krävs för att tillverkarna ska kunna mäta och garantera funktionen hos elektroniska komponenter.

– 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 för första gången en resistansstandard - ett mått på elektrisk motstånd som bara beror på naturkonstanter - som är användbar vid en temperatur av 4,2 K. De två resistansstandarder som funnits hittills är baserade på kisel eller galliumarsenid, fungerar bara vid lägre temperaturer och är betydligt svårare att använda.

Det material som nu testats framgångsrikt är tillverkat med en metod utvecklad av LiU-teamet Rositza Yakimova, Mikael Syväjärvi och Tihomir Iakimov.

- Studien 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.

Rent kol förekommer naturligt i många olika skepnader, från det mjukaste (grafit) till det hårdaste (diamant). Grafen består av ett enda lager av kolatomer ordnade i en vaxkakeliknande struktur. Materialet är mycket hårt och har hög ledningsförmåga.

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.

Kontakt:
Rositza Yakimova, professor, LiU, 013-282528, rosya@ifm.liu.se
Mikael Syväjärvi, docent, LiU, 013-285708, mikael.syväjärvi@ifm.liu.se
Sergey Kubatkin, docent, Chalmers, 031-772 5475, sergey.kubatkin@chalmers.se
Mikael Fogelström, professor, Chalmers, 031-772 3196, mikael.fogelstrom@chalmers.se

Ämnen

Kontakter

Anders Törneholm

Anders Törneholm

Presskontakt Forskningskommunikatör Teknik och naturvetenskap 013-28 68 39
Karin Söderlund Leifler

Karin Söderlund Leifler

Presskontakt Forskningskommunikatör Medicin och naturvetenskap 013-28 13 95
Jonas Roslund

Jonas Roslund

Presskontakt Forskningskommunikatör Samhällsv., humaniora och utbildningsv. 013 28 28 00
Anna-Karin Thorstensson

Anna-Karin Thorstensson

Presskontakt Enhetschef Universitetsledningen och allmänna mediaförfrågningar 013-281302

Välkommen till Linköpings universitet (LiU)!

Linköpings universitet tänker fritt och gör nytt med kraften från 45 000 LiU-studenter och medarbetare.

Vi har nära samarbete med näringsliv och samhälle och våra innovativa utbildningar gör studenterna eftertraktade på arbetsmarknaden och redo för en föränderlig värld. På LiU får du bidra till något större, i en miljö där modig och gränsöverskridande forskning ständigt kommer till nytta. Nya material, AI, visualisering, hållbar samhällsomvandling och livsvetenskaperna är några områden där LiU formar framtiden.

Sedan starten 1975 har LiU vuxit till ett internationellt högt rankat universitet. Men det viktigaste är det vi lovat oss själva – att fortsätta sträva efter förnyelse och aldrig slå oss till ro.

Linköpings universitet (LiU)

581 83 Linköping