Forscher an der Georgia Tech haben einen bedeutenden Durchbruch erzielt, indem sie den weltweit ersten funktionierenden Halbleiter aus Graphen entwickelt haben. Diese Entwicklung hat weitreichende Auswirkungen auf die Elektronikindustrie und die Quantencomputertechnologie.
Graphen ist eine zweidimensionale Form von kristallinem Kohlenstoff und besteht aus einer einzigen Schicht Kohlenstoffatome, die in einem Bienenwabenraster angeordnet sind. Im Gegensatz zu herkömmlichen Halbleitern, bei denen die Atome durch schwächere ionische Bindungen zusammengehalten werden, besitzt Graphen starke kovalente Bindungen zwischen den Kohlenstoffatomen.
Jahrelang glaubten Wissenschaftler, dass Graphen nicht als Halbleiter funktionieren könne, da es an einer „Bandlücke“ fehlt, einer entscheidenden elektronischen Eigenschaft, die es Halbleitern ermöglicht, ein- und auszuschalten. Aktuelle Forschungsergebnisse haben jedoch gezeigt, dass Graphen sehr wohl eine Bandlücke besitzt, was es zu einer praktikablen Alternative zu Silizium für die Entwicklung von Halbleitern macht.
Unter der Leitung von Professor Walter de Heer hat das Team an der Georgia Tech Kohlenstoff basierte Materialien als potenzielle Halbleiter erforscht und ab dem Jahr 2001 mit zweidimensionalem Graphen gearbeitet. In einem Jahrzehnt an Experimenten ist es ihnen gelungen, epitaktisches Graphen auf Siliziumkarbid-Wafern wachsen zu lassen. Hierbei werden die beiden Materialien chemisch gebunden und es entsteht ein funktionsfähiger Halbleiter.
Der Graphen-Halbleiter bietet mehrere Vorteile gegenüber Silizium. Er ist zehnmal mobiler, was bedeutet, dass Elektronen mit minimalen Widerständen bewegen können, was zu einer schnelleren Berechnung führt. Darüber hinaus ist er effizienter, erzeugt weniger Wärme und ermöglicht höhere Geschwindigkeiten bei der Elektronenbewegung.
Des Weiteren besitzt epitaktisches Graphen einzigartige elektrische Eigenschaften, die andere zweidimensionale Halbleiter übertrumpfen, was es ideal für die Nanoelektronik macht. Sein Potential auf dem Gebiet des Quantencomputings ist besonders vielversprechend, da es dieses Feld durch seine außergewöhnlichen Eigenschaften revolutionieren könnte.
Dieser Durchbruch ähnelt dem Fortschritt von Vakuumröhren zu Silizium in der Halbleiterindustrie. Die Wissenschaftler stellen sich eine Zukunft vor, in der Graphen-Halbleiter einen transformierenden Einfluss auf die Elektronik und das Quantencomputing haben, indem sie beispiellose Rechenleistung liefern.
Genau wie der Flug der Wright-Brüder die Welt revolutionierte, hat die Entwicklung eines funktionsfähigen Graphen-Halbleiters das Potential, die Technologielandschaft, so wie wir sie kennen, zu verändern. Weitere Forschung und Innovationen in diesem Bereich werden zweifellos zu neuen Technologien führen und eine neue Ära des Computings einläuten.
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