Grafeen tõotab ülikiiret internetti
5. september 2011, 15:26
Juhime tähelepanu, et artikkel on rohkem kui viis aastat vana ning kuulub meie arhiivi. Ajakirjandusväljaanne ei uuenda arhiivide sisu, seega võib olla vajalik tutvuda ka uuemate allikatega.
Maailma õhima materjali grafeeni abil saab internetiüheduste kiirust kümnekordistada, kirjutab Tartu Ülikooli teadusuudiste portaal Novaator.ee.
Võrguväljaandes Nature Communications avaldatud uuringus kirjutavad Manchesteri ja Cambridge'i ülikoolide teadlased, nende seas mullu grafeeni avastamise eest Nobeli füüsikapreemia saanud Andre Geim ja Konstantin Novoselov, et on leidnud viisi, kuidas parandada grafeenist seadmete omadusi, mis võimaldaks neid tulevikus kasutada kiires optilises andmesides valgusanduritena.
Grafeen on maailma õhim materjal, vaid ühe aatomkihi paksune süsiniku aatomite kogum. Teadlased kombineerisid grafeeni metallilistest nanoosakestest moodustatud struktuuridega, mille tulemusel kogus grafeen valgust 20 korda paremini.
Varem on teadlased näidanud, et kui asetada grafeeni pinnale kaks lähestikku asuvat metalltraati ja lasta valgusel moodustunud struktuurile paista, tekitab see elektrienergiat. Selline lihtne seade toimib algelise päikesepatareina.
Erinevate rakenduste seisukohalt on aga veelgi olulisem, et grafeenil põhinevad seadmed võivad olla kõige kiirematest internetikaablite ühenduskiirustest kümneid või isegi sadu kordi kiiremad. Selle põhjuseks on grafeeni elektronide ainulaadsed omadused: suur liikuvus ja liikumiskiirus.
Selliste seadmete praktiliste rakenduste juures kasutamise suurimaks takistuseks on siiani olnud madal kasutegur. Probleem seisneb selles, et grafeenis neeldub ainult kolm protsenti valgusest - ülejäänud valgus läbib grafeeni ilma elektrienergia tekitamises osalemata.
Manchesteri ülikooli teadlased lahendasid selle probleemi, paigaldades grafeeni pinnale spetsiaalsed tillukesed metallstruktuurid. Need niinimetatud plasmoonilised nanostruktuurid võimaldavad grafeeni ühe aatomi paksuses kihis valgust tõhusalt kontsentreerida.
Sel viisil grafeeni täiustades õnnestus teadlastel selle valguse kogumise võimet suurendada 20 korda ilma, et oleks pidanud seejuures ohvriks tooma osa grafeeni kiirusest.
Teadlasterühma ühe juhi Aleksander Grigorenko sõnul sobivad grafeen ja plasmoonika omavahel kokku. Plasmoonika kirjeldab nähtust, kus teatud tingimuste juures kindla nurga all metallile langev valgus tõukab elektrone lainena ehk plasmonidena edasi.
Mööda traadi pinda kulgevad plasmonid on olemuselt elektronide tiheduslained. Kuna edasi liigub laine, allub see valgusega samadele reeglitele.
Grikorenko sõnul lootsid nad, et plasmoonilised nanostrukuurid suudavad küll parandada grafeenipõhiste seadmete kasutegurit, kuid tegelik tulemus oli teadlastele positiivne üllatus.
Nobeli füüsikapreemia saanud Konstantin Novoselovi sõnul areneb grafeeni tootmise tehnoloogia iga päevaga ning sellel on otsene mõju grafeeni füüsikalistele omadustele ning võimalikele rakendustele.
Mitmed elektroonikaettevõtted eeldavad, et järgmise põlvkonna elektroonika põhineb grafeenil. Räägitud on ka võimalusest, et grafeen asendab arvutikiipides räni.