Транзистор од једног атома

Транзистори тањи од четвртине најужих данашњих силицијумских и - по свему судећи делотворнији - склапаће се од танушних угљеникових листића, тек десетинку нанометра (милионити део милиметра) дебелих! Научници са Универзитета Манчестер (Велика Биританија) управо су показали да је то изводљиво.
Насупрот осталој сабраћи нанометарских размера, нови не изискују ни сувише сложен поступак израде, ни (криогенско) хлађење на веома ниским температурама. Од чега су, дакле, саткани?
Одговор се састоји у једној јединој речи - од графена. А шта су то графени? Истањени угљеникови листићи до величине атома поређани у својеврсна "пчелиња саћа". Графени су саткани од графита, једног од (појавних) облика угљеника - нама познатијег по оловкама за писање још из најранијих школских дана - наслагани у слојевима и угљеничним наноцевчицама (умотани у малецне цевчице).

Одликују се великом електричном проводљивошћу, пропуштајући већом брзином електроне без расипања између атома од већине материјала који се користе у микроелектроници. У крајњем то значи да имате на располагању брже, делотворније и штедљивије (мања потрошња енергије) састојке чипова. Привлачно, зар не?

Први транзистори од графена приказани су 2004. године, али су имали прекиде у опструјавању електрона и нису се искључивали, својеглаво прескачући с једног на други атом угљеника. Андре Гејм је недавно са својим сарадницима направио графенске транзисторе који нису губили струју, зато што је надзиран учинак сваког појединачног електрона. Начињени су од веома танких врпчица, ужих од десет нанометара (nano-ribbon) дебелих само један једини атом - десети део нанометра!

Ова графенска пантљичица, у ствари, ограничава необуздано скакутање несташних електрона унаоколо. Другим речима, осигурава несметан ток енергије у квантним условима (свет голим оком невидљивих честица). За ту сврху служи електрично поље којим се и укључује и искључује проток електрона.

Справа још није оспособљена за собне температуре, али се - за разлику од осталих транзистора сличне величине - прилично лако саставља (од савијених наноцевчица). Мајушна трака је срце направе, са свим везама, а исеца се од графенских листића поступком електронске литографије (урезивање). Истим онаквим који се користи за производњу силицијумских уређаја.

"Графен је могући наследник силицијума", објашањава Андре Гејм, члан истраживачке дружине која га је пре три године први пут начинила.

Очекује се да ће рачунарске компаније повећати улагања у ова истраживања, јер нови угљеников материјал обећава у многим подручјима. Први танушни листићи још нису довољно подесни за подешавање особина, али ако се наслажу у два слоја - својства се побољшају. У том случају, лако се надгледа густина протока електрона, што је од суштинске важности.

Скорашњим научним чланком, објављеним у угледном часопису "Природа" (Nature) Андре Гејм је доказао да је графен постојан, упркос истањивању до пречника једног јединог атома. Чак и толико танак у огледима је сачувао дводимензионалну кристалну решетку, што су теоријска разматрања наговестила. У подухвату су учествовали истраживачи Макс Планквог института из Штутгарта (Немачка) и са Редбаунд универзитета у Нијмегену (Холандија).

Постојаност и чврстоћу једино могу угрозити насумични судари са околним честицама.

У опиту је комадић графена положен на силицијум и стављен преко металне решетке. Киселина је нагризла силицијум, оставивши графен наталожен у шупљинама од 500 нанометара. Кроз електронски микроскоп је опажено да се он намрешкао у виду сићушних таласића - дебелих само један, а широких око 25 нанометара.

Научници су се изненадили што се није сасвим исправио као да је - испеглан. И поред тога, доказали су да је могуће извести најтање, икад замишљено ткање, дебљине једног јединог атома, које су назвали - графен. Имамо посла сa природном грађом - веома лаганом, чврстом и прилагодљивом - коју је могуће преобликовати у милијарде справа и справица. Нешто слично је постигнуто прожимањем свакодневног живота разноврсним полимерима.

Графени се понашају слично наноцевчицама од фулерена (угљеник-60) откривеним пре двадесетак година (Роберт Керл, Харолд Крото и Ричард Смоли овенчани су Нобеловом наградом 1996) чијој породици припадају. Ако би се, попут поменутих сродника, савили у виду цевчица доживели би на хиљаде примена.

Само пре једне деценије угљеникове цевчице су достизале једва микрон, данас их израђују у дужини од неколико сантиметара. На исти начин извлачиће се од графена, јер томе нема никаквих препрека.

За почетак довољно је да наговестимо рачунаре од једног атома!