Grafēns

Grafēns (angļu: graphene) ir oglekļa viena atoma biezuma slānis, kas veidots ar sp² starpatomu saitēm heksagonālā divdimensiju kristāliskajā režģī. Tam piemīt liela mehāniskā cietība, laba siltumvadītspēja un elektronu kustības spēja. Kolumbijas Universitātē veiktajos izmēģinājumos secināts, ka grafēns ir stiprākais materiāls, kāds jebkad testēts.^[1]

Grafēnu 2004. gadā pirmoreiz ieguva Andre Geims un Konstantīns Novosjolovs no Mančestras Universitātes. 2010. gadā par šiem pētījumiem viņi ieguva Nobela prēmiju fizikā.

Grafēns būtībā ir grafīta viens slānis, kas atdalīts no kopējā kristāla. Ideāls grafēns sastāv tikai no sešu stūru šūnām. Ja struktūrā ir piecu vai septiņu stūru šūnas, tas rada defektus. Piecu stūru šūnas veido slāni konusa formā. Struktūra ar 12 šādiem defektiem tiek saukta par fullerēnu. Septiņu stūru šūnas atomu slāni veido seglu formā. Kombinējot defektus ar normālajām šūnām, var iegūt dažādu formu virsmas.

Grafēns ar tā fiziskajām īpašībām (plānums, laba elektronu pārvietošanās spēja, laba siltumvadītspēja) ir labāks par mūsdienās lietotajiem pusvadītaju materiāliem, un nākotnē varētu aizstāt silīciju. ASV, Apvienotajā Karalistē un Vācijā ir radīti eksperimentāli tranzistori uz grafēna pamata.^[2] Pirmā praktiskā ierīce, kurā izmantots grafēns, ir šķidro kristālu displejs, kuru radījuši britu zinātnieki.^[3]

Galvenās problēmas ar grafēna praktisku izmantošanu ir saistītas ar tā iegūšanu. Izplatītākā metode ir slāņu noņemšana no grafīta, bet tā pagaidām tiek veikta ar rokām, un ir ļoti darbietilpīga.

2010. gadā ASV zinātnieku grupa grafēnam atklāja pseidomagnētismu, kad tam pielikts mehānisks spriegums. Izstiepjot grafēna parugu, tika novērots, ka tajā elektroni uzvedās tā, it kā tie atrastos ļoti spēcīgā magnētiskajā laukā ar indukciju virs 300 teslām, lai gan nekāds magnētiskais lauks tam netika pielikts.^[4]^[5]