В исследования, связанные с графеном, начали вкладывать миллиарды

На сегодня работы с использованием графена одновременно ведут IBM, Samsung, военные из ВВС и ВМФ США и другие структуры.

это может вполне оказаться и крупной химерой

В корпорации IBM говорят, что они получили средства на проведение исследований, связанных с графеном, от DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency)

Казалось бы, многочисленные успешные лабораторные эксперименты доказывали огромный потенциал графена как заменителя кремния. Сотрудники лабораторий, входящих в состав IBM, смогли получить графеновый транзистор, работающий на частоте 100 ГГц; позднее в лаборатории Калифорнийского университета был создан полевой транзистор с рабочей частотой 300 ГГц. Казалось бы, дорога к «терагерцовым» интегральным микросхемам открыта, и их разработка лишь дело времени. И все это благодаря уникальным свойствам графена.

На деле всё оказывается намного сложнее. Свойства графеновых транзисторов, показывающих чудеса быстродействия, отличаются от свойств транзисторов, которые применяются в цифровой микроэлектронике. Главный недостаток (применительно к цифровой электронике и вычислительным системам) графена заключается в отсутствии у этого материала запрещенной зоны. Другими словами, не удастся добиться двух состояний с различной проводимостью, а это является важнейшим условием для цифровой электроники. Полевые транзисторы на основе кремния, при приложении к затвору напряжения, закрываются или, наоборот, открываются (в зависимости от типа полевого транзистора). Графен построить такие транзисторы не позволяет – они будут находиться лишь в одном, проводящем (открытом) состоянии.

Исследовательская Физика полна и разнообразна (много всего интересного), просто в данном случае с Нобелевкой поторопились.

Изобретение не сомнительное, это действительно хорошая исследовательская работа, но не уровня Нобелевки (им премий и так уже надавали выше крыши). Во-первых, графен не устойчив к тепловым флуктуациям (понравится ? вам, если процессор или, скажем, экран вдруг "поплывет" точечно, в каком-то месте?), и во-вторых, при больших размерах графеновой пленки могут проявляться эффекты, предсказанные ограничением Ландау (пленку может "корежить" и "коробить" по краям).

Т.е. эксперимент - красив, парни продемонстрировали действительно высший класс (выложились на полную, сделали все что могли). Но все остальное - мыльный пузырь. И меня удивляет поспешное решение Нобелевского комитета, который - наверняка - руководствовался в т.ч. общественным мнением и "шумом", поднятым вокруг этого события. Что сказать, Гейсм всегда умел пиариться.

Итог: для всяческих опытов, в микро-масштабе, этот материал будет незаменим (для научных игрищ), но с технологической точки зрени - это утка (или, можно сказать ещё, шутка/игра/game - по фамилии ее создателя, Андрея Гейма). Но он, конечно, молодец - раскрутил всю эту ситуацию до высот! Талантище. В общем, премию можно было дать за один только физтеховский - наш - подход (его рекламу/пропаганду).

Международная группа исследователей установила, что тонкие графеновые ленты могут поглощать электромагнитное излучение в терагерцовом диапазоне (T-лучи). Статья ученых появилась в журнале Nature Nanotechnology, а ее краткое изложение приводится в пресс-релизе Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли, сотрудники которой принимали участие в работе.

В рамках работы использовались ленты графена - двумерного слоя углерода с гексагональной решеткой - шириной порядка микрометра. Основным объектом исследования выступали совместные колебания электронов в лентах, которые описываются квазичастицами под названием плазмоны. Эти квазичастицы тесно связаны с оптическими свойствами вещества - например, цвет древних витражей определяется плазмонными свойствами наночастиц металла в стекле.

Ученым удалось установить, что поведение плазмонов в графеновых полосах можно контролировать, правильно выбирая ширину полосы, а также метод легирования материала. Используя несколько подобных полос, ученым удалось собрать прибор, который поглощал электромагнитное излучение в терагерцовом диапазоне электромагнитного спектра.

Исследователи подчеркивают, что на настоящий момент эффективных методов работы с излучением такого рода (которое, вместе с тем, может использоваться в самых разных областях от обнаружения взрывчатки до создания новых типов лекарственных препаратов) не существует. Например, первый генератор Т-лучей (одно из названий терагерцовых волн), работающий при комнатной температуре был создан только в 2008 году. Мощность созданного выпускником МФТИ Михаилом Белкиным лазера составляет всего несколько нановатт.

Таким образом, новое открытие является первым шагом в создании подходящих для терагерцового диапазона инструментов. В частности, подобные поглощающие полосы могут служить для создания метаматериалов - материалов с необычными свойствами, определяемыми структурой, а не составом.

С 5 по 7 декабря в Вашингтоне пройдет мероприятие International Electron Device Meeting. На нем специалисты IBM расскажут об изготовлении микросхемы из графена с применением техпроцесса, близкого к тому, который используется при производстве кремниевых микросхем по технологии CMOS. Микросхема представляет собой радиочастотный удвоитель, работающий на частоте 2 ГГц.

Привлекательность графена, представляющего собой решетку из атомов углерода толщиной в один атом, заключена в высокой мобильности электронов. По этому показателю графен превосходит кремний, по меньшей мере, в 40 раз. Однако на пути применения материала, характеризующегося также большой плотностью тока и высокой скоростью насыщения, стоят технологические сложности. Пока до освоения в производстве дело не дошло — исследователи создают лишь отдельные приборы и простые интегральные схемы.

Специалистам IBM удалось продвинуться на пути к серийному производству с использованием пластин диаметром 200 мм и техпроцесса, «совместимого с CMOS».

Превосходные электрические качества графена делают его инертным, что затрудняет формирование каких-либо слоев поверх слоя графена (в частности, сложно нанести слой диэлектрика, изолирующего затвор). Ученые решили пойти от обратного: сначала сформировать необходимые структуры на кремниевой пластине, а затем нанести на нее графеновые слои, используя вакуумное напыление. Когда графновые области были сформированы, к ним подвели контакты, играющие роль стока и истока. Так удалось создать полноценные полевые транзисторы.

Международная группа исследователей установила, что тонкие графеновые ленты могут поглощать электромагнитное излучение в терагерцовом диапазоне (T-лучи)

Исследователи подчеркивают, что на настоящий момент эффективных методов работы с излучением такого рода (которое, вместе с тем, может использоваться в самых разных областях от обнаружения взрывчатки до создания новых типов лекарственных препаратов) не существует

Графен очень часто фигурирует в роли материала будущих электронных схем. К его достоинствам относят потенциал работы на высоких частотах, малое энергопотребление и другие замечательные свойства. Пополнить список смогли исследователи из Массачусетского технологического института (MIT).

По мнению ученых, в будущем графен может стать основой датчиков изображения. Фотоэлектрические свойства углеродного наноматериала проявляются в «очень широком спектре энергий». Особенно хорошо графеновый фотодетектор работает в инфракрасном диапазоне, где традиционные датчики испытывают сложности.

В числе областей применения таких датчиков названы приборы ночного видения, астрономические приборы, не говоря уже про обычные камеры, поскольку к преимуществам графена относится дешевизна технологий для работы с ним. Кроме того, участники проекта упоминают и возможность создания солнечных батарей, но до практической реализации этой идеи пока далеко. На повестке дня — определение эффективности такого источника электроэнергии.

Специалисты шведского технологического университета Чалмерса впервые продемонстрировали новый субгармонический смеситель на полевом транзисторе из графена, работающий в микроволновом диапазоне. По словам исследователей, смеситель открывает новые возможности для будущего развития электроники, поскольку он позволит создавать более компактные электронные цепи, имеет потенциал достижения более высоких частот и интеграции с кремниевой технологией.

Смеситель — устройство, способное объединить два или несколько отдельных входных сигналов в один или несколько выходных композитных сигналов, является одним из важных строительных блоков электронных схем. Массивы смесителей, способных работать частотах порядка терагерца, необходимы в радарах, радиоастрономическом оборудовании и других областях.

Способность графена переходить от использования в качестве носителей дырок к использованию электронов и обратно создает для графеновых полевых транзисторов уникальную нишу в радиочастотных интегральных схемах. Симметричные электрические характеристики позволили создать субгармонический резистивный смеситель всего на одном транзисторе. Это устраняет потребность в дополнительных цепях питания, делая смеситель более компактным по сравнению с обычными. В свою очередь, позволяет формировать на меньшем участке подложки более сложные массивы смесителей, создавая, например, сенсоры миллиметрового и субмиллиметрового диапазона.

Новая форма графена, созданная исследователями из университета штата Техас в Остине, открывает новые перспективы в технологии охлаждения полупроводниковых приборов и электронных устройств. Разработку специалисты из Остина вели в сотрудничестве с коллегами из двух американских и одного китайского университетов.

По словам ученых, новый материал на 60% эффективнее проводит тепло, чем обычный графен.

Графен — материал, состоящий из одного слоя углерода, считается очень перспективным для микроэлектроники. В частности, из-за своей способности хорошо проводить тепло. Углерод, встречающийся в естественных условиях, на 98,9% состоит из изотопа 12C и на 1,1% — из 13C. В свою очередь, графен, созданный участниками проекта, на 99,99% состоит из изотопа 12C. Измерения, проведенные учеными, показали, что новый материал проводит тепло лучше любого другого материала, протестированного к настоящему времени.

Как утверждается, разработка может иметь большое значение для будущего полупроводниковой электроники. Уменьшение размеров транзисторов и повышение их быстродействия требует все более эффективных механизмов отвода тепла. Проблема стоит настолько остро, что ученые всего мира ищут и создают материалы, позволяющие отводить тепло более эффективно, чем используемые сейчас материалы.

Исследователи из университета Эрлангена-Нюрнберга смоделировали материал, превосходящий по свойствам графен, из листов которого получают графит.

Новое вещество пока ещё существует только в компьютере, однако уже известно, что оно превосходит по свойствам столь популярный ныне графен. Название у новичка странное для уха русскоговорящего человека – соединение назвали "графин" (graphyne).

Вещество смоделировали исследователи из университета Эрлангена-Нюрнберга. Оно, как и графен, представляет собой однослойную решётку из атомов углерода, передает vesti.ru.

Атомы в графене соединены одинарными и тройными связями. Структура материала представляет собой сетку из правильных шестиугольников. В графине присутствуют только двойные и тройные связи. Его структура имеет неограниченное число вариантов.

Наиболее интересной характеристикой графена является его электропроводность. Энергетические уровни электронов проводимости представляют собой "конусы Дирака". Это позволяет им перемещаться с энергией, прямо пропорциональной импульсу. В результате электроны движутся очень быстро, будто являются безмассовыми частицами.

В случае графина, по крайней мере, для одной из моделей материала (6,6,12-графин) было установлено, что энергетические уровни электронов проводимости образуют искажённые "конусы Дирака". Такое изменение в геометрии приводит к возможности материала проводить ток только в одном направлении.

Это свойство вкупе с высокой проводимостью может способствовать появлению более быстрых транзисторов и других электронных устройств, основанных на использовании одностороннего тока.

Впрочем, для окончательного подтверждения уникальности графина  понадобятся практические эксперименты, пишет popmech.ru. И первыми из них должны, все-таки, быть эксперименты по получению реальных образцов «графина». Пока что лишь одну из его форму удалось синтезировать в лаборатории, и это, к сожалению, не тот самый 6,6.12-графина. Возможно, нынешняя работа все-таки вдохновит экспериментаторов на новые усилия.

Новоселов и Гейм говорят, что их усилия являются частью программы, курируемой девятью крупными европейскими организациями. Бюджет исследований и разработок превышает 1,4 млрд долларов.

В любом случае без нас

Чудо-материал графен появится в первом коммерческом продукте, созданном компанией California Lithium Battery (CalBattery) в сотрудничестве с Аргоннской национальной лабораторией (Argonne National Laboratory, ANL). Литий-ионные батареи третьего поколения содержат анод из покрытого графеном карбида кремния, что позволило вдвое увеличить емкость батарей по сравнению с обычными, с графитовыми анодом.

Помимо прямого увеличения емкости, использование анода из графенизированного карбида кремния снижает вес батареи на 16% уже сейчас, и до 50% в будущем, что также позволит увеличить емкость в том же объеме батареи. К сожалению, появления новых аккумуляторов для мобильной электроники придется подождать — пока что CalBattery собирается производить лишь элементы для промышленных накопителей энергии и автомобильные аккумуляторы. Основным продуктом компании будут батареи VLF (Very Large Format), емкость которых планируется довести как минимум до 400 А•ч, начало их выпуска намечено на 2014 год.

Тем не менее, есть информация, что ANL собирается лицензировать свою технологию и другим компаниям, включая производителей электронных гаджетов. В сочетании с увеличенной долговечностью и снижением веса, появление батарей GEN3 обещает быть первым успешным применением графена.

Испанские ученые решили использовать комбинацию графена и квантовых точек для создания фотодетектора высокой чувствительности. Работа авторов опубликована в журнале Nature Nanotechnology, с кратким описанием можно ознакомиться на сайте Phys.Org.

Графен, представляющий собой одноатомный слой углерода, широко известен как материал с необычными физическими свойствами. Однако сам по себе не подходит для создания фотодетекторов, поскольку плохо поглощает свет.

Ученые решили увеличить долю поглощаемого света за счет нанесения на графен квантовых точек. Квантовыми точками называют частицы проводников, имеющие настолько небольшой размер, что их электроны проявляют квантовые свойства - например, могут возбуждаться, поглощая квант света. Длина волны поглощаемого квантовой точкой света зависит прежде всего от размера и формы кристалла.

В ходе эксперимента к графену (полученному стандартным способом с использованием липкой ленты) присоединяли микроскопические золотые электроды. Затем на него наносили кристаллы сульфида свинца, после чего полученное устройство облучали светом разных длин волн. Для увеличения диапазона поглощаемых длин волн, кристаллы имели разный размер.

После тщательного подбора методики изготовления и нанесения кристаллов авторам удалось добиться внутренней квантовой эффективности (то есть доли переданных графену квантов, от тех, что образовались в квантовых точках) в 25 процентов, что, по мнению авторов, говорит о весьма высокой эффективности передачи.

Разработанный метод авторы надеются применить в создании светочувствительных приборов - матриц фотоаппаратов, камер, приборов ночного видения.

Многие ученые считают графен материалом "номер один" в электронике, из-за его высокой электропроводности, прочности и других необычных свойств. Они надеются, что со временем он сможет заменить кремний во многих устройствах, например при создании на основе графена электрических батарей.

Электрохимические конденсаторы, также называемые суперконденсаторами или ионисторами, объединяют достоинства конденсаторов и аккумуляторных батарей. Они отличаются от обычных конденсаторов того же размера способностью запасать гораздо больше энергии, и могут заряжаться и разряжаться намного быстрее, чем аккумуляторные батареи. К сожалению, по емкости они пока заметно уступают последним, так что повышение энергетической плотности ионисторов могло бы стать важным прорывом в технологии хранения энергии. Подход к этому прорыву нашли специалисты Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA).

Для повышения энергетической плотности необходимо улучшить электроды, объединив большую поверхность с хорошей проводимостью. На роль материала такого электрода очень хорошо подходит графен.

Интересно, что для формирования электрода из графена ученые придумали использовать обычный привод DVD с поддержкой LightScribe. Для этого они покрыли диск пленкой оксида графита и обработали его лазером в оптическом приводе. В результате облучения была сформирована пленка графена со свойствами «открытой сетевой структуры», для которой характерно наличие коротких путей диффузии ионов, что позволяет сократить время зарядки.
Графеновые ионисторы могут найти применение в портативной электронике

Электрод из материала, получившего название Laser Scribed Graphene (LSG), обеспечивает существенное улучшение показателей плотности энергии и плотности мощности (характеризующих, какой заряд можно накопить в ионисторе и как быстро). По словам исследователей, электрод сохраняет свои качества в разных электролитах и выдерживает большое число циклов заряд-разряд. Кроме того, свойства пленки графена позволяют изготавливать гибкие источники питания для носимой электроники, преодолев ограничения, присущие традиционным ионисторам. Немаловажно, что новый ионистор получился практически невосприимчив к механическим воздействиям.

Результаты испытаний позволили ученым заявить, что графеновые ионисторы могут быть по емкости сопоставимы с современными аккумуляторными батареями. При этом их можно зарядить в 100-1000 раз быстрее.

Как обычно бывает в таких случаях, о сроках коммерциализации разработки пока данных нет.

О применении высокотемпературной сверхпроводимости в конце 80-х тоже было "полно новостей" в придачу к Нобелевке. Гора родила мышь, мышь благополучно сдохла.

Компания Samsung Electronics объявила о революционно новом методе получения графена, который, как утверждается, существенно ускорит переход к коммерческому использованию этого уникального материала, идеально подходящего для электронных устройств.

Разработка была выполнена специалистами института передовых технологии Samsung (Samsung Advanced Institute of Technology, SAIT) в сотрудничестве с их коллегами из университета Сонгюнгван в Сеуле.

По словам одного из участников проекта, это один из наиболее важных прорывов в исследованиях графена.

Не вдаваясь в подробности метода, источник сообщает, что с его помощью удается формировать цельные кристаллы графена по площади равные пластинам кремния, используемым в полупроводниковом производстве.

К преимуществам графена над кремнием, наиболее широко используемым сейчас полупроводниковым материалом, относится в сотни раз более высокая подвижность электронов. По прочности графен превосходит сталь, обладает высокой теплопроводностью и является гибким. Все это позволяет рассматривать графен в качестве материала, который в перспективе будет использоваться в гибких экранах, носимых и других перспективных электронных устройствах.

Ученые из Великобритании, Китая, США, Южной Кореи, России и Японии, в число которых входят нобелевские лауреаты Андрей Гейм и Константин Новоселов, открыли новые свойства графена, которые изменяют его проводимость. Работа ученых опубликована в журнале Nature Physics, кратко с ее содержанием можно ознакомиться на сайте Phys.org.

Ученые научились изменять свойства энергетической щели у графена. Для этого авторы нанесли графен на слой «белого графита» — нитрида бора с графитоподобной гексагональной (узлы решетки заключены в правильный многоугольник) аллотропной модификацией. Исследователи обнаружили, что такая комбинация позволяет регулированием взаимных ориентаций направлений в кристаллических решетках менять ширину энергетической щели у графена. Это связано с тем, что подложка из нитрида бора вызывает деформацию графеновой решетки, в связи с чем меняются ее проводящие свойства.

Физики выяснили, что при угле наклона между направлениями решеток графена и нитрида бора менее одного градуса структура решетки нитрида бора почти идентична графеновой. При этом угол между атомами углерода в самой графеновой решетке увеличился на 1,8 градусов, что привело к возникновению энергетической щели. При углах наклона между направлениями решеток графена и нитрида бора более одного градуса энергетической щели не возникало.

Наложение двух кристаллический решеток позволило ученым в образованной гетероструктуре воспроизвести эффект муарового узора в виде бабочки Хофштадтера — фрактальной структуры, описанной в 1976 году будущим нобелевским лауреатом Дугласом Хофштадтером, которая воспроизводит зависимость значений уровней энергии электрона от величины магнитного поля в двумерном кристалле.

В своей работе ученые исследовали различные комбинации образцов графена и подложек из нитрида бора, используя сканирующие зондовые (атомный силовой и туннельный) и рамановскую методы спектроскопии.

Энергетическая щель (запрещенная зона) — интервал энергий, в котором в идеальном кристалле, согласно квантовомеханической теории движения электронов в твердом теле, не могут находиться электроны. Такая щель отвечает интервалу между валентной зоной и зоной проводимости в кристалле. В графене ширина этой щели равна нулю, введением подложки из нитрида бора физикам удалось деформировать кристаллическую решетку графена и тем самым создать ненулевую энергетическую щель, которая позволяет менять свойства проводимости графена — в том числе и отключать ее.

Ранее ученые также исследовали различные свойства графена на подложках из нитрида бора, однако в своей работе авторы впервые обнаружили зависимость таких свойств от угла взаимной ориентации направлений кристаллических решеток. Работа физиков открывает новые возможности в использовании графена в электронной промышленности.

А про графен все прояснилось - пузырь это.

Сотрудничество между специалистами центра по изучению графена в кембриджском университете (Cambridge Graphene Centre) и их коллегами из компании Plastic Logic, направленное на изучение возможности использования графена в дисплеях, принесло свои первые плоды. Партнеры продемонстрировали первый в мире гибкий дисплей, в котором используется графен.

Прототип должен дать толчок коммерческому использованию графена

Предполагается, что создание прототип даст толчок коммерческому использованию графена и графеноподобных материалов в гибкой электронике.
  
Прототип представляет собой электрофоретический дисплей с активной матрицей, подобный дисплеям, используемым сейчас в электронных устройствах для чтения. В отличие от них, он сформирован на пластиковой, а не стеклянной подложке. Кроме того, есть более важное отличие — цепи управления пикселями включают электроды из графена, которые заменяют привычные металлические электроды.

По прозрачности графен превосходит металлы, а по гибкости — такие материалы, как оксид индия и олова (ITO). Гибкость и прозрачность востребованы в современной и перспективной складной электронике. Немаловажно, что графеновые элементы получаются из растворов, поэтому их можно наносить при низких температурах с помощью недорогих технологий печати, в том числе, рулонной.

В частности, прототип плотностью 150 пикселей на дюйм был изготовлен при температуре менее 100°C с использованием фирменной технологии Plastic Logic Organic Thin Film Transistor (OTFT).

Партнеры планируют в будущем изготовить по этой технологии жидкокристаллический дисплей и дисплей OLED. Эти дисплеи будут цветными и способными отображать видео. Технология также подходит для изготовления сенсоров, способных распознавать жесты. Работы в этом направлении уже ведутся.

FlexEnable, участвуя в проекте Graphene Flagship, рассчитывает скрестить графеновые транзисторы и гибкие дисплеи

В апреле компания FlexEnable, специализирующаяся на разработке гибкой органической электроники, присоединилась к стартовавшему в 2013 году европейскому исследовательскому проекту Graphene Flagship с бюджетом 1 млрд евро. Источнику стали известны подробности участия FlexEnable в проекте.

Напомним, компания FlexEnable отделилась от Plastic Logic в феврале этого года. А в сентябре прошлого года ее специалисты совместно с коллегами из кембриджского университета продемонстрировали первый гибкий дисплей, в котором используется графен. В электрофоретическом дисплее плотностью 150 пикселей на дюйм вместо привычных тонкопленочных металлических электродов были применены электроды из графена. Их привлекательными чертами являются большая прозрачность и гибкость.


Продолжая разработки, в FlexEnable хотят попробовать использовать графен в дисплеях OLED и дисплеях на органических жидких кристаллах. Кроме того, разработчики рассчитывают перейти от графеновых электродов к тонкопленочным графеновым транзисторам активной матрицы. Такие транзисторы лучше используемых сейчас, поскольку они формируются при меньших температурах и являются очень гибкими. По словам специалистов, использование графена может радикально изменить гибкие дисплеи.

Прозрачные электроды гибкой панели OLED, созданной в ETRI, изготовлены из графена

Специалистами южнокорейского института ETRI (Electronics and Telecommunications Research Institute) создана гибкая панель OLED с прозрачными электродами из графена. Институт намерен подробно рассказать о разработке на мероприятии SID DisplayWeek 2018, которое намечено на май.

Как утверждается, в ETRI изготовлен «полностью функционирующий» прототип панели размерами 40 х 40 мм.

На фото показан негибкий прототип с прозрачными электродами из графена, изготовленный в ETRI в 2017 году. Прототип размерами 370 x 470 мм состоял из 12 отдельных панелей.