Zuerst war es Kupfer. Dieses Material ermöglichte die Übertragung von Informationen von einem Punkt zum anderen. Dann kam das Germanium aus dem ursprünglichen Transistor, der bei Bell Labs hergestellt wurde. Das Computerzeitalter begann, aber da das Material instabil war, wurde es durch Silizium ersetzt, den Halbleiter, mit dem Mikroprozessoren seit dem letzten Jahrhundert hergestellt werden.
Die Herrschaft des Siliziums geht zu Ende. Leiden Sie nicht, es hat bereits einen Ersatz und es heißt Graphen. In 15 oder 20 Jahren werden Computer, Mobiltelefone, Sensoren und andere elektronische Geräte aus diesem neuen Material hergestellt, einer Form von reinem Kohlenstoff.
Ein Forschungsteam des Massachusetts Institute of Technology (MIT) unter der Leitung des Spaniers Tomás Palacios stellt einige der ersten elektronischen Geräte und Schaltkreise auf Graphenbasis her, die 2004 von den Wissenschaftlern Andre Geim und Kostya Novoselov von der Universität Manchester entdeckt wurden .
Mit seinen Eigenschaften zwischen Halbleiter und Metall wird dieses neue Material mit einer einzigen dicken Atomschicht die Telekommunikation und das Rechnen revolutionieren, indem es die Herstellung von Mikroprozessoren, Sensoren und Kommunikationssystemen viel schneller als derzeitige ermöglicht. "Eines der Paradigmen der Elektronik besteht darin, die Frequenz elektrischer Signale zu erhöhen, um immer schnellere oder mobile Computer in die Lage zu versetzen, Daten mit höheren Geschwindigkeiten zu übertragen." Chips von Silizium konnten wir eine maximale Geschwindigkeit von 100 GHz erreichen, mit Graphen-Transistoren würde der Terahertz (1 THz) erreicht. Das heißt, zehnmal mehr ", sagt der 10-jährige MIT-Professor aus Madrid. Der Prototyp des" Graphen-Transistors "wurde auf der Jahrestagung der American Physical Society im März vorgestellt. Er wird auch in der Elektronenbuchstaben, das renommierteste Magazin für elektronische Geräte in den USA, in seiner Mai-Ausgabe. Wenn alles gut geht, werden kommerzielle Versionen davon in zwei Jahren herauskommen Chips auf den Markt gebracht.
Das Team von Palacios hat nicht nur Transistoren zehnmal schneller hergestellt als Siliziumtransistoren. Es nutzt auch die Eigenschaften von Graphen, um elektronische Geräte zu entwickeln, die mit keinem anderen Material hergestellt werden könnten. Zum Beispiel ein Frequenzvervielfacher, der "die drahtlose Kommunikation und die aktuelle Siliziumelektronik verbessert und die Übertragungskapazität von jedem verdoppelt Chip zu dem der Multiplikator addiert wird ".
Palacios ist Telekommunikationsingenieur. Bereits im Alter von 19 Jahren forschte er an der Polytechnischen Universität Madrid (UPM) an Verbindungshalbleitern wie Galliumnitrid. Ein Jahr nach Abschluss seines Studiums zog er nach Kalifornien, um weiter zu studieren. Nach seiner Promotion erhielt er eine Lehrstelle im Fachbereich Elektrotechnik und Informatik am MIT. Darüber hinaus leitete er ein Team von 12 Mitarbeitern in den Mikrosystemtechnologielabors desselben Technologiezentrums. Dort ist es ihnen gelungen, Graphen-Transistoren herzustellen, die Daten mit hoher Geschwindigkeit übertragen können. Sie entwickeln auch einen Sensor auf der Basis dieses Materials, der durch Zeigen auf ein Lebensmittel feststellt, ob es frisch ist.
Graphen ist Kohlenstoff in seinem reinen Zustand. Viele Forscher haben es seit mehr als 50 Jahren theoretisch untersucht. Niemand glaubte, dass Geräte mit diesem Material hergestellt werden könnten, bis Wissenschaftler der Universität Manchester (Großbritannien) im Jahr 2004 entdeckten, wie man aus Graphit, dem Material der Bleistiftmine, Graphen gewinnt. "Wenn Sie ein mit Graphitfragmenten imprägniertes Stück Klebeband mehrmals aus der Mine kleben und ablösen, erhalten Sie Graphen: eine einzelne Schicht aus Kohlenstoffatomen", sagt Palacios.
Das Verfahren war sehr rudimentär, aber es öffnete vielen Wissenschaftlern die Tür, mit dem Material zu arbeiten, dessen Eigenschaften "erstaunlich und einzigartig" sind. Mechanisch ist es das stärkste, das jemals entdeckt wurde. In Zukunft könnte es die Herstellung von jedem ermöglichen Struktur, wie Autos und Flugzeuge, widerstandsfähiger und leichter. Auf elektronischer Ebene ist es diejenige mit der größten Mobilität, die hundertmal so groß ist wie die von Silizium, wodurch die Elektronen auf Geschwindigkeiten beschleunigen können, die viel höher sind als bei jedem anderen Halbleiter ", sagt Palacios.
Graphene Industries wurde von den Entdeckern von Graphen entwickelt und ist das einzige Unternehmen, das es verkauft. Zur Zeit Mehrere Universitätsgruppen und Unternehmen versuchen, einen alternativen Weg zu finden, um ihn zu erhalten, und dieser ist industriell leicht herzustellen, ihr Hauptstolperstein.
Jing Kong, Palacios 'Kollege am MIT, stellt ganze Graphenwafer auf einer Nickeloberfläche her. "Dieses Verfahren ist aus kommerzieller Sicht nützlicher, jedoch ist die Beweglichkeit von Graphen geringer als die, die durch Kleben und Abziehen von Klebebandstücken erhalten wird." Der von seinen Möglichkeiten überzeugte Forscher bestätigt: "Es ist ein unglaubliches Material. Es revolutioniert nicht nur Elektronik, Computer und Kommunikation, sondern verändert auch die Art und Weise, wie Physik studiert wird."
Mini-Teilchenbeschleuniger
Läutet der Teilchenbeschleuniger des CERN eine Glocke? Der Komplex, der Quadratkilometer in der Nähe von Genf (Schweiz) einnimmt, dient dazu, die Welt der unendlich Kleinen zu erkunden, um nach den grundlegenden Elementen der Materie zu suchen. Physiker versuchen, mit Graphen eine Art Miniaturbeschleuniger herzustellen. "In einem einzigen Quadratzentimeter Graphenfragment können viele der Experimente durchgeführt werden, für die bisher Laboratorien wie das CERN erforderlich waren.
Wenn dies Realität wird, könnten Wissenschaftler in einem Labor, das auf die Fingerspitze passt, nach dem Higgs-Boson suchen, einem hypothetischen Elementarteilchen, das noch nicht beobachtet wurde und als Gott-Teilchen bekannt ist.