grafen, som består av ett enatoms tjockt lager av kolatomer i ett bikakeliknande galler (som kycklingnät i atomär skala), är världens tunnaste material – och ett av de hårdaste och starkaste. Verkligen, de senaste åren har sett en explosion av forskning om egenskaperna och potentiella tillämpningar av grafen, som har utsetts som ett överlägset alternativ till kisel.

Eftersom grafen är ett tvådimensionellt material, "det hela är en exponerad yta, " säger fysikalisk kemist Phaedon Avouris, chef för divisionen Nanometer Scale Science and Technology på IBM:s T.J. Watson Research Center i Yorktown Heights, N.Y. "Medan grafen har ett antal extremt användbara egenskaper, inklusive mycket snabb elektronmobilitet, hög mekanisk hållfasthet, och utmärkt värmeledningsförmåga, interaktionen mellan grafen och sin omgivning – till exempel, med underlaget den placeras på, den omgivande miljön, eller andra material i en enhetsstruktur – kan drastiskt påverka och ändra dess inneboende egenskaper."

"Vårt intresse är att förstå egenskaperna hos detta nya material under förhållanden som finns i verklig teknik och tillämpa denna kunskap för design, tillverka, och testa grafenbaserade elektroniska och optoelektroniska enheter och kretsar, " säger Avouris, som kommer att presentera nya experimentella resultat om användningen av grafen i snabb elektronik och fotonik vid AVS-mötet i Nashville, Tenn., hölls 30 oktober – 4 november. Han kommer också att diskutera vad som fortfarande behöver göras för att översätta dessa applikationer till kommersiella produkter.

Avouris, en IBM Fellow, har varit involverad i nanoteknologisk forskning i 25 år, och har ägnat de senaste 15 åren åt att studera egenskaperna och tillämpningarna av kolnanorör, en nära släkting till grafen. "Så det var naturligt att när grafen isolerades 2004, Jag riktade min uppmärksamhet mot det. Med hjälp av finansiering från DARPA, vi startade en fokuserad satsning på grafenelektronik, " han säger.

Till skillnad från konventionella halvledare som kisel och galliumarsenid, som för närvarande används inom elektronik, grafen har inget bandgap – energiskillnaden mellan ett materials icke-ledande och ledande tillstånd. "Detta gör den olämplig för att bygga digitala switchar, som kräver förmågan att stänga av strömmen helt, " säger Avouris. "Men, " han lägger till, "grafens utmärkta elektriska egenskaper, såsom dess höga elektronmobilitet i kombination med blygsam strömmodulering, gör den mycket lämplig för mycket snabb (högfrekvent) analog elektronik, " som används i trådlös kommunikation, radar, säkerhetssystem, bildbehandling, och andra applikationer.

"Vi har redan demonstrerat högfrekventa grafentransistorer - större än 200 gigahertz - och enkla elektroniska kretsar som frekvensblandare, " säger Avouris, "och vi har också visat mycket snabba fotodetektorer och har använt dem för att detektera optiska dataströmmar."

I framtiden, grafenforskare måste förbättra kvaliteten på syntetisk grafen och studera dess egenskaper under förhållanden som är relevanta för teknologi, säger Avouris, som är "mycket optimistisk" om framtiden för grafen inom både elektronik och fotonik och förutser utvecklingen av ytterligare nya applikationer.