211service.com
Graphene vinner Nobelpriset
De 2010 Nobelpriset i fysik har tilldelats de två forskare som utförde de första experimenten på grafen, ett tvådimensionellt ark av kolatomer. Priset tilldelas fysiker vid University of Manchester Andre Geim och Konstantin Novoselov , erkänner arbete som började för mindre än ett decennium sedan med ett material som sedan dess har använts för att göra rekordstora transistorer och stretchiga elektroder.
Prisvinnare: Nobelpriset i fysik i år gick till brittiska forskare som var pionjärer i studiet av grafen. Den här scanningselektronmikroskopbilden visar ett skrynkligt grafenark av det enatomtjocka materialet.
Grafen är ett material med många superlativ: det är den bästa ledaren av elektricitet vid rumstemperatur och det starkaste materialet som någonsin testats. Det är också en utmärkt värmeledare och är transparent och flexibel. Innan Geim och Novoselovs arbete hade forskare teoretiserat materialets existens och hade förutspått att det kunde användas för att göra transistorer mer än 100 gånger snabbare än de i dagens kiselbaserade chips. Men tills de brittiska forskarna tillverkade och testade grafen 2004, gissade många fysiker att material med en atomtjocklek skulle vara instabila.
2004 gjorde Geim och Novoselov grafen i labbet genom att använda tejp för att skala en bit grafit till allt tunnare ark, som i den här videon. Ett grafenark är ett enda lager av kolatomer insnärjda i ett bikakeliknande, upprepande hexagonmönster.
Grafen är ett naturligt förekommande material. Lager av grafen utgör grafiten som finns i blyertspenna. När du spårar en penna på ett papper, klyvs dessa lager och lämnar tunna lager av dessa kolark. Genom att krossa grafit och skala den med tejp till allt tunnare flingor och så småningom i bitar med bara en atoms tjocklek, kunde Geim och Novoselov göra användbara mängder grafen som kunde studeras och lösa tvivel om grafens stabilitet.
Multimedia
Kostya Novoselov demonstrerar sin lågteknologiska teknik för att göra grafen.
I sitt första arbete, 2004, visade de inte bara att de hade tillverkat grafen, utan också klargjorde dess elektriska egenskaper genom att mönstra det och koppla det till elektroder. De var inte de första någonsin att se grafen, men det var verkligen Geim och Novoselov som verkligen öppnade dörren för att kunna studera det, säger James Tour , professor i kemi vid Rice University.
När de väl utvecklat detta experimentella system för att studera materialet, fann Geim och Novoselov, och andra forskare som följde, några anmärkningsvärda saker. För det första beter sig elektroner i grafen som om de inte har någon massa och rör sig framåt med hastigheter på en miljon meter per sekund. (Jämför det med ljusets hastighet i vakuum, 300 miljoner meter per sekund.) Och medan elektroner vanligtvis studsar mot hinder inuti ett ledande material, har elektroner som färdas genom det perfekta bikakenätet av grafen smidig segling.
Grafens perfekta struktur ger upphov till exotiska kvanteffekter som studeras av fysiker. Men materialets elektriska egenskaper, dess transparens och styrka har tagits i anspråk av ingenjörer som arbetar med att tillverka allt från pekskärmar till solceller till lätta konstruktionsmaterial. Forskare vid IBM utvecklar arrayer av grafentransistorer som lämnar konventionellt kisel i dammet, och en grupp på Samsung utvecklar tryckta grafenelektroder för användning i transparenta, flexibla pekskärmar.
Som ett erkännande av löftet om materialet, BARN presenterade arbete på Georgia Tech om grafentransistorer som en av de mest lovande framväxande teknologierna 2008; samma år belönade vi Novoselov med vårt pris för unga innovatörer, TR35.
Geim och Novoselovs teknik kan användas för att göra grafen i relativt små mängder, tillräckligt för att studera det i labbet och göra testenheter, men inte i närheten tillräckligt för tillverkning. Under de mellanliggande åren har forskare utvecklat metoder för att göra större mängder av materialet, och nu lär de sig att använda det för att göra enheter.
Nu måste vi hitta sätt att syntetisera grafen på ett tillförlitligt sätt i stor skala och göra dessa teknologier reproducerbara på ett sätt som är ekonomiskt vettigt, säger Phaedon Avouris, en forskare som utvecklar grafentransistorer och fotodetektorer vid IBMs Watson Research Center i Yorktown Heights, New York. .