Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2011 № 01
Однако открытие графена изменило всеобщее представление. «Действительно, сам по себе углерод такие кристаллы не формирует. А вот на каком-то носителе запросто. Гейм и Новоселов раз за разом наклеивали на графит скотч, а потом отрывали лоскутки, добиваясь идеально тонкой пленки, — пояснил суть их экспериментов бывший коллега нобелевских лауреатов, доктор физико-математических наук Сергей Зайцев. — Получилось дешево и эффективно»…
Нобелевские лауреаты — А. Гейм (слева) и К. Новоселов.
Такова структура графеновой пленки в компьютерном изображении.
После этого исследователи стали смотреть, как присоединить к графену электроды, чтобы можно было использовать графеновые пленки в микроэлектронике. Так, например, графеновый сенсорный дисплей, в отличие от существующих, будет намного устойчивее к износу, станет практически вечным. Графен также может найти применение при изготовлении телевизионных экранов, световых панелей и солнечных батарей. В будущем из пластика с добавлением графена собираются производить спутники, самолеты и автомобили. Ученые прогнозируют также, что графен придет на смену кремнию при производстве транзисторов. Выполненные из них компьютерные микросхемы должны работать намного быстрее, чем кремниевые.
Константин Новоселов считает, что графен можно создать в любой стране мира. «Мы начали эту работу в 2003 году, когда уже были в Манчестере, вся работа, от первых попыток до первой публикации, заняла, наверное, год-полтора, — вспоминает он. — Изначально это было просто развлечением, мы хотели посмотреть, что получится»…
Первое практическое устройство, созданное с применением графена, появится в 2011 или 2012 году, полагает Новоселов. Это будет мобильный телефон с принципиально новым сенсорным экраном.
А вот компьютерные чипы на основе графена получат распространение не ранее чем через 10 лет, считает ученый. Но в других электронных изделиях этот материал может вполне найти применение, например, в высокочастотных транзисторах для мобильных телефонов, сверхбыстрых оптических датчиках для оптоволоконной связи.
Константин Новоселов не планирует открывать собственную компанию для коммерческого использования этого открытия. В то же время лаборатория, в которой работают Новоселов и Гейм, консультирует многие ведущие мировые компании.
Публикацию подготовил В. ЧЕРНОВ
Наша справка
Андрей Гейм и Константин Новоселов — выпускники Московского физико-технического института — в свое время были тесно связаны с Институтом проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов РАН (ИПТМ РАН); именно там оба стали учеными высочайшей квалификации.
Андрей Гейм родился в 1958 г. в Сочи, среднюю школу закончил в г. Нальчике. По национальности он — этнический немец. Константин Новоселов — уроженец Нижнего Тагила. Он на 16 лет моложе своего коллеги.
Ныне имеет двойное — российское и британское — гражданство. Константин Новоселов — самый молодой нобелевский лауреат за последние 70 лет.
Кстати…
ПРОЛЕТАЯ ПО ГРАФЕНУ…
Многообещающие результаты получила недавно международная команда ученых из Университета Манчестера и Института проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов Российской академии наук при поддержке коллег из Нидерландов и США. По их оценкам подвижность электронов в графене бьет все рекорды, что делает этот материал главным претендентом на роль основы будущих высокочастотных электронных устройств. Ведь подвижность определяет скорость движения электронов в материале под действием электрического поля. И чем она больше, тем выше быстродействие полупроводникового устройства, тем компактнее его можно сделать.
Опираясь на свои измерения, ученые вычислили, что, если удастся удалить из графена все примеси, то подвижность электронов будет в 100 раз больше, чем в кремнии, в 20 раз больше, чем в арсениде галлия (GaAs), и даже больше, чем в абсолютном рекордсмене среди всех полупроводников — антимониде индия (InSb). А это значит, что из графена можно будет делать сверхбыстрые процессоры и другую высокочастотную электронику, работающую даже в терагерцовом диапазоне частот.
СОЗДАНО В РОССИИ
Знакомьтесь: гиротрон
Две трети термоядерных лабораторий мира оснащены гиротронами — приборами для моментального разогрева плазмы до солнечных температур, созданных в нижегородском Институте прикладной физики, утверждает директор этого научного центра, академик Александр Григорьевич Литвак.
Разновидность гиротронов многие видели своими глазами. Потому как современные мощные гиротроны для термоядерных исследований — это тоже генераторы СВЧ-волн. То есть, говоря попросту, сородичи обычных кухонных микроволновок. Только гиротроны способны генерировать на частотах 30 — 170 ГГц излучение мощностью до 1 МВт с КПД 40–50 %.
Огромная мощность требует и особой конструкции генераторов. Здесь используются и оригинальные цилиндрические резонаторы, и алмазные окна для выхода излучения, и высокоэффективные квазиоптические преобразователи, и системы рекуперации остаточной энергии электронного пучка…
Причем работы над совершенствованием конструкции, увеличением ее мощности еще не закончены. Экспериментально уже продемонстрирована возможность получения с помощью гиротронов еще большей мощности (1,5–2 МВт) и более высокого (60–70 %) КПД.
А для исследований импульсного теплового воздействия СВЧ-излучения на металлические конструкции разработан гиротрон, выдающий импульсы мощностью 10 МВт при длительности 1–2 мкс.
Схема гиротрона:
1 — выходное окно; 2 — спираль; 3 — электронная пушка; 4 — поверхность эмиттера; 5 — анод; 6 — соленоиды; 7 — окно управления; 8 — полость; 9 — коллектор.
Еще одним важным направлением в применении гиротронов для управляемого термоядерного синтеза является исследование и разработка мегаваттных приборов с возможностью ступенчатой перестройки частоты. Использование таких гиротронов может существенно повысить эффективность систем термоядерных реакторов.
Сегодня, как уже сказано, большинство термоядерных установок в мире оснащены именно российскими гиротронами.
Публикацию подготовил И. ЗВЕРЕВ
ВЕСТИ ИЗ ЛАБОРАТОРИЙ
Изобретенный ползать…
Многие секреты движения змей должны были выяснить ученые, прежде чем смогли создать по их образу и подобию первые образцы змееподобных роботов. В частности, исследования биоников из Технологического института Джорджии, помогли понять, как рептилиям удается передвигаться по поверхности, на которой не от чего оттолкнуться.
Известно, что для передвижения змея обязательно должна извиваться. Считалось, что при этом по телу рептилии пробегают своеобразные волны, которые и продвигают ее вперед, а по пути следования змеи отталкиваются от предметов, которые им встречаются — камни, ветки, небольшие бугорки на поверхности почвы.
Ученые также давно знают, что змеи быстрее всего передвигаются вперед, гораздо хуже умеют пятиться, но никто никогда не пытался определить, способны ли они скользить в сторону. И как рептилиям удается передвигаться по достаточно гладким поверхностям (песок, асфальт), тоже было известно немного. А потому профессор Дэвид Ху и его коллеги затеяли серию довольно опасных исследований, чтобы выяснить, есть ли у змеиной чешуи боковое трение. Для этого они спустили по наклонной поверхности десяток королевских змей Кэмпбелла. Сначала вперед головой, потом хвостом и, наконец, боком. В первой части эксперимента змеи скользили по грубой ткани, во второй — по менее шероховатому картону.
При этом выяснилось: на гладкой поверхности змеи двигались одинаково практически во всех направлениях. А вот ткань больше всего «тормозила» боковое движение. Физики использовали эти данные в своей математической модели. И «теоретическая» змея поползла по практически такой же траектории, что и настоящие змеи.
Однако при этом скорость ее передвижения оказалась ниже, чем у настоящих змей. Ученые пришли к выводу, что настоящие змеи ко всему прочему перераспределяют вес тела в зависимости от того, какие части тел трутся сильнее. Они снимают с этих частей нагрузку, а потому и продвигаются быстрее. После внесения соответствующих изменений в математическую модель «теоретическая» змея стала двигаться на треть быстрее.
