A grafit egyetlen atomnyi vastagságú rétegéből álló grafén szokatlan tulajdonságokat mutató különleges anyag, amely átveheti a szilícium helyét az integrált áramkörökben, mobiltelefonokban, számítógépekben, napelemekben vagy akár érintőképernyőkben is. A friss magyar eredmény jelentőségét tükrözi, hogy a publikációt az egyik legelismertebb nemzetközi fizikai szaklap, a Nature Physics folyóirat következő száma közli.
Magyarország a világ élvonalához tartozik a grafén kutatásában, illetve annak hozzáférhetővé tételében a technológia számára. A grafén jelentőségét a szintén szén alapú nanocsövekhez képest az adja, hogy ipari előállítása és alkalmazása megvalósíthatóbbnak látszik. Az anyag segítségével így eddig elképzelhetetlen technológiai megoldások nyílhatnak meg az emberiség előtt: az elektronikában például átléphető lenne a – félvezető technológiában jelenleg egyeduralkodó alapanyagként használt – szilícium tulajdonságai által megszabott méret-határ. (A grafén felfedezéséért 2010-ben megosztott fizikai Nobel-díjat adtak a Manchesteri Egyetem kutatói, Andre Geim és Konstantin Novoselov.)
Tapasztó Levente (képünkön) és munkatársai az úgynevezett szuszpendált grafén nanomembránok atomi szerkezetében ellenőrzött módon tudtak létrehozni nanométeres periódusú modulációt termikusan indukált feszültség segítségével. Ez az átütő jelentőségű esemény lehetőséget nyitott, hogy a membránok mechanikai viselkedését nanométer alatti mérettartományban is tanulmányozhassák. A kutatók vizsgálata szerint a grafén nanoskálájú deformációinak értelmezésében a klasszikus kontinuum mechanika egyenletei csődöt mondanak, és a nanoméretű grafén hullámok kialakulását csak az atomi kötések mechanikájára alapozott kvantummechanikai modellek képesek leírni. A klasszikus mechanika szerint ugyanis olyan ismert anyagból álló membrán, amely ilyen kis periódusú (hullámhosszú) szerkezeti hullámosságot képes lenne elviselni, nem létezik.
Ez az eredmény alapvető fontosságú a grafén alapú nano-elektro-mechanikai rendszerek (NEMS) működésének tervezésében. A TTK MFA kutatóinak először sikerült grafénban úgynevezett elektromos szuperrácsot létrehozni, amely potenciálisan számos alkalmazás alapja lehet. Így várható, hogy a felfedezés segítségével anélkül nyitható meg a grafén sávszerkezetében a félvezető tulajdonságokat meghatározó úgynevezett tiltott sáv, hogy hibákat (grafén éleket) hoznánk létre.
„Az alapkutatások fontosságát jól példázza a mostani eredmény: nem csupán olyan ismeretlen területekre sikerül ajtót nyitni, amelyekről eddig csak sejtéseink voltak, de a felfedezés óriási jelentőségű lehet az ipar, így egész Magyarország számára is” – fogalmazott Bársony István, az MTA TTK Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutatóintézetének igazgatója.
A kísérleti munka a Koreai-Magyar Közös Nanolaboratórium keretében zajlott, amelynek hazai koordinátora Biró László Péter. A grafén mintákat Chanyong Hwang csoportjával (Korea Research Institute of Standards and Science) együttműködve állították elő, az elméleti szimulációk pedig Traian Dumitrica csoportjával (University of Minnesota) együttműködésben születtek.
Az MFA nanoszerkezetek laboratóriumánekn ez már a második komoly sikere, hiszen a korábban kifejlesztett STM (pásztázó alagútmikroszkópiás) litográfiás nanomegmunkálási eljárásuk pontosságát (2,5 nm széles grafén szalag) másnak a mai napig sem sikerült elérni.
