Graphen läutet eine neue Welle superschneller Elektronik ein

Einer der vorgeschlagenen Verwendungszwecke für Graphen ist der Bau von superschnellen Transistoren. Dies ist auf seine Fähigkeit zurückzuführen, Elektronen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit zu leiten. Darüber hinaus ist Graphen flexibel und stark, was es für eine Vielzahl von Fertigungsverfahren ideal macht. Das einzige Hindernis besteht darin, dass Graphen elektronisch so effizient ist, dass man davon ausgeht, dass es keine Bandlücke hat. Eine Bandlücke ist ein Energiebereich, in dem kein Elektronenzustand existieren kann, also keine Leitfähigkeit.

Graphen, eine nur ein Molekül dicke Schicht aus Kohlenstoffatomen mit erstaunlichen Eigenschaften, wird als potenziell revolutionäres Material für integrierte Schaltungen, Transistoren, Batterien, Solarzellen und vieles mehr gehandelt. Halbleiter haben kleine, aber von Null verschiedene Bandlücken, die es ihnen ermöglichen, sehr schnell zwischen verschiedenen Zuständen zu wechseln. Der Versuch, künstlich Bandlücken in einer Graphen-Doppelschicht zu erzeugen, um den Strom zu modulieren, hat sich aus mehreren Gründen als unwirksam erwiesen. Der Hauptgrund ist, dass beim Übereinanderlegen einzelner Graphenschichten, um die für die Elektronik benötigten Doppelschichten zu erzeugen, winzige Ausrichtungsfehler auftreten, die zu einer winzigen Verdrehung des Endprodukts führen, was sich erheblich auf die elektrischen Eigenschaften auswirkt.

Spektrografische Untersuchungen zeigen, dass Graphenverdrehungen masselose Dirac-Fermionen erzeugen - Elektronen, die sich wie Photonen verhalten. Das bedeutet, dass sie nicht den künstlichen Bandlücken unterliegen, die Forscher in einem zweischichtigen Graphen zu perfektionieren versuchen. Aufgrund dieses Fehlens ist es unwahrscheinlich, dass Graphen in den nächsten Jahren in integrierten Hochleistungsschaltungen eingesetzt werden kann. Es werden jedoch viele andere, weniger strenge elektronische Anwendungen mit Graphen entwickelt, bei denen das verfügbare Material verwendet wird.

• Touchscreens, die eine bessere Ausdauer haben als vergleichbare Materialien.
• E-Papier mit hoher Durchlässigkeit von Monolayer-Graphen
• faltbare (flexible) OLED. Graphen von hoher elektronischer Qualität hat eine Biegsamkeit von unter 5 mm.
• Hochfrequenz-Transistor.
• Logiktransistor, der durch hohe Mobilität angetrieben wird.
• Fotodetektoren.

Heutige Computerchips sitzen auf einem Silizium-Wafer, aber der Computer der Zukunft könnte stattdessen eine Nanoröhren-Fertigung aus Graphen verwenden. Diese gelten als die Zukunft der Transistorherstellung, da diese Strukturen hervorragende Eigenschaften aufweisen. In Zukunft müssen die Graphenforscher die Qualität des synthetischen Graphen verbessern und seine Eigenschaften unter technologisch relevanten Bedingungen untersuchen.