Du kanske tror att ett sådant nytt "undermaterial" skulle ligga utanför din vardagliga upplevelse, men grafen är undantaget. När du skriver eller ritar med en penna, grafiten (blyertspennan) glider av i tunna lager för att lämna ett spår - linjen på papperet. Kolets förmåga att bilda ett tunt lager av molekyler är det som gör grafen speciell – och forskare börjar utforska möjligheterna för elektronik och beräkning av kolnät som bara är en molekyl tjocka.
Halvledarindustrin är grunden för dagens högteknologiska ekonomi, direkt stöd för över 100, 000 jobb i Europa, och indirekt ännu mer. Detta har uppnåtts genom fortsatt miniatyrisering av "Complementary metal-oxide-semiconductor" (CMOS)-teknologi, baserad på kisel. Men den här modellen kommer bara att hålla i 10 eller 15 år till.
Den stora utmaningen för IKT-branschen är att hitta alternativ för informationsbehandling och lagring utöver gränserna för befintlig CMOS. Det finns goda indikationer på att grafen är en främsta kandidat för "Beyond CMOS"-komponenter, och är, trots sin revolutionära karaktär, komplement till konventionell CMOS-teknik.
Grafen har varit föremål för en vetenskaplig explosion sedan de banbrytande experimenten med detta nya material för mindre än 10 år sedan, erkänd av Nobelpriset i fysik 2010 tilldelat professor Andre Geim och professor Kostya Novoselov, vid University of Manchester. De anmärkningsvärda elektriska egenskaperna hos grafen kan övervinna de fysiska gränserna som kisel står inför när transistorer krymper till allt mindre storlekar - tillhandahåller lösningar för "Beyond CMOS"-eran, behövs för att möta utmaningarna i den globala konkurrensen.
Att sammanföra flera discipliner och ta itu med forskning inom en hel rad frågor, från den grundläggande förståelsen av materialegenskaper till grafenproduktion, GRAPHENE Flagship lanserades i oktober 2013. Den föreslagna forskningen omfattar elektronik, spintronik, fotonik, plasmonik och mekanik - allt baserat på grafen.
Leds av professor Jari Kinaret, från Sveriges Chalmers högskola, flaggskeppet omfattar över 126 akademiska och industriella forskargrupper i 17 europeiska länder, med 136 huvudutredare, inklusive fyra nobelpristagare. Med en första 30-månaders budget på 54 miljoner euro, GRAPHENE-konsortiet kommer att växa till att omfatta ytterligare 20-30 grupper genom en öppen utlysning av projektförslag i november, värt upp till totalt 9 miljoner euro.
'Grafenproduktion är uppenbarligen central för vårt projekt, sa prof. Kinaret vid lanseringen, men nyckelapplikationer att titta på inkluderar snabba elektroniska och optiska enheter, flexibel elektronik, funktionella lättviktskomponenter och avancerade batterier. Exempel på nya produkter som möjliggörs av grafenteknologier inkluderar snabba, flexibel och stark konsumentelektronik, såsom elektroniskt papper och böjbara personliga kommunikationsenheter, samt lättare och mer energieffektiva flygplan. På längre sikt, grafen förväntas ge upphov till nya beräkningsparadigm och revolutionerande medicinska tillämpningar, som konstgjorda näthinnor.
Seglar:Graphene som FET -flaggskepp
Beskrevs av Europeiska kommissionens vice ordförande Neelie Kroes som en "dristig satsning", flaggskeppen för "Framtida och framväxande teknologier" (FET) är visionära, storskalig, vetenskapligt drivna forskningsinitiativ som hanterar vetenskapliga och tekniska utmaningar inom vetenskapliga discipliner. Dessa nya instrument för EU:s forskningsfinansiering främjar samordnade insatser mellan EU och dess medlemsstaters nationella och regionala program, är mycket ambitiösa, och förlita sig på samarbete mellan en rad olika discipliner, gemenskaper och program - som kräver stöd i upp till 10 år. Efter uppstartsfasen, löper fram till mars 2016 under EU:s nuvarande "sjunde ramprogram" för forskning (sjunde ramprogrammet), arbetet kommer att fortsätta under nästa program, 'Horizon 2020', med en förväntad 50 miljoner euro per år för Flagship -projektet.
Grafen valdes som flaggskepp efter en tävling mellan sex pilotprojekt för att undersöka de områden med störst potential för hållbara investeringar. Som fru Kroes har sagt:"Europas ställning som kunskapsstormakt beror på att man tänker det otänkbara och utnyttjar de bästa idéerna. Denna tävling på flera miljarder belönar hemodlade vetenskapliga genombrott och visar att när vi är ambitiösa kan vi utveckla den bästa forskningen i Europa.
Flaggskeppspiloten för grafen, GRAPHENE-CA-projektet, tittat på hur utvecklingen av detta kolbaserade material kan revolutionera IKT och industrin. Pilotprojektet upprättade en omfattande vetenskaplig och teknisk färdplan som ska fungera som grund för forskningsagendan för flaggskeppet GRAPHENE - som omfattar elektronik, spintronik, fotonik, plasmonik och mekanik, och stödjande områden som grafenproduktion och kemi. Och detta var grunden för valet.
Nu är flaggskeppet igång, den består redan av ett forskarlag av svindlande omfattning. Det finns universitet från Louvain i Belgien, Aalto i Finland, Lille och Strasbourg i Frankrike, Bremen, Chemnitz, Dresden och Hamburg i Tyskland, Ioannina i Grekland, Dublin i Irland, Trieste i Italien, Minho i Portugal, Barcelona och Castilla-La Mancha i Spanien, Basel, Genève och Zürich i Schweiz, Delft och Groningen i Nederländerna, och Cambridge, Manchester och Oxford i Storbritannien. Dessa kompletteras av yrkeshögskolor och tekniska högskolor från Österrike, Danmark, Frankrike, Tyskland, Grekland, Italien, Polen, Spanien, Sverige och Schweiz. Dessutom, det finns industriella partners som Nokia, Thales, Alcatel Lucent, Philips teknologi, Airbus och ST Microelectronics. Och denna lista står bara för en del av de deltagande organisationerna.
Deras uppdrag är att ta grafen, och relaterade skiktade material, från de akademiska laboratorierna till samhället - revolutionerar flera industrier och skapar ekonomisk tillväxt och nya jobb i Europa.
'Kommissionen, och alla akademiska och industriella partners i Graphene Flagship, är alla i detta tillsammans. Det är ett ovanligt långsiktigt åtagande, och det kommer att finnas utmaningar, låt oss vara tydliga med det, sa Carl-Christian Buhr, ledamot av fru Kroes kabinett. – Vi måste få in industrin på ett sådant sätt att idéer tas upp och leder till nya produkter och marknader. Det är hela tanken med flaggskeppet.
Verkligen, den inkluderar en omfattande uppsättning kompletterande aktiviteter för att uppnå detta, Till exempel:
Ett projekt av typen ERA-NET, FLAG-ERA, att stödja flaggskeppet i samordningen av nationella forskningsinitiativ om grafen.
Tidiga resultat
En del av EU:s tidigare finansierade grafenforskning levererar redan. GRAND (4)-projektet, som avslutades i december 2010, tittade på om grafen fortfarande skulle göra sina underverk när det integrerades med kisel -CMOS -processen.
Leds av AMO i Tyskland, projektgruppen satte sig för att bedöma om grafen verkligen kunde föra med konventionell halvledarteknologi in i "Beyond CMOS"-eran. GRAND-konsortiet utvecklade sätt att tillverka 2-dimensionella grafen-nanostrukturer (med endast 5 nm bredder) för användning i elektronikkomponenter. Det var viktigt att visa att inte bara sådana komponenter kunde fungera, men att de kunde tillverkas på ett sätt som kunde skalas upp till industriella kvantiteter.
Som ett resultat, laget utformade en ny typ av transistor - med konceptet publicerat i den berömda tidskriften Bokstäver i tillämpad fysik - som kan öppna nya vägar för grafenbaserade höghastighets elektroniska och optoelektroniska enheter.
Som en del av GRAND-projektet, grafen har också integrerats i en icke -flyktig minnesenhet som kan reduceras till molekylära storlekar - ett grafenminne som mäter bara 1x1 nm som behåller informationen som lagras i den även när strömmen stängs av. Teamet tillverkade mer än 10 sådana enheter - vilket indikerar deras skalbarhet.
Leds av Chalmers tekniska högskola, Sverige, projektet CONCEPTGRAPHENE syftade till att frigöra möjligheten att avsätta ett tunt lager grafen på en kiselkarbid (SiC) bas - med sikte på att utveckla skalbar elektronik med potentiella applikationer inom "spintronics" och extremt noggranna mätanordningar. Teamet arbetade med att tillverka storskaliga grafenskivor som skulle göra det möjligt för elektroniska enheter med hög densitet att tillverkas på en enda kiselskiva. Denna typ av teknik kommer att behövas för fullskalig industriell tillverkning av grafenbaserade komponenter och enheter på ett sätt som är kompatibelt med nuvarande industritekniker.
Efter att ha avslutats i september 2013, projektet lanserade ett nystartat företag som ska tillverka grafenwafers. Graphensic AB ligger i Linköping, Sverige. Företaget är en avknoppning från Linköpings universitet och producerar högkvalitativa, mycket enhetlig, grafen på kiselkarbid (SiC) med hjälp av en patenterad "högtemperatur grafenprocess" - en tillväxtmetod som producerar ett tunt lager av grafen, även ett enda lager av atomer, på SiC.
Mer var det kom ifrån
Men grafen är inte det enda innovativa materialet som kan omvandla elektronik - 2D -NANOLATTICES -projektet, slutar i maj 2014, arbetar med andra grafitliknande molekyl-gitterstrukturer baserade på olika element. Dessa 'nanolattices' har också stor potential att bana väg för allt mindre, och mer kraftfull, nanoelektroniska enheter. Särskilt, 'silen' (eller 'germanen'), kisel- eller germaniumekvivalenten till grafen, om de finns, kan erbjuda bättre kompatibilitet med kiselbearbetning.
Led by the National Center for Scientific Research 'Demokritos', in Greece, the project team aims to find ways to induce and stabilise the silicon and germanium and prove for the first time that silicene has a physical existence. By producing alternating layers weakly bonded between one another, each consisting of a single layer of atoms, this new material could serve as the elements of gates and other components in new, miniaturised 2D semiconductors.
Perhaps we are still in the early stages, but these look to be the first steps in a transformation of the way electronics devices are made - and in their abilities - with the potential to similarly transform the European high-tech industry and economy.
