Elkészítették a világ legkisebb elektromos izzólámpáját

A nanoizzó felépítésének vázlata

A Columbia Egyetem mérnökeinek sikerült fényes, látható fény kibocsátására késztetniük az egy atom vastagságú, különleges szerkezetű szénlapot.

A Columbia Egyetem, valamint a Szöuli Nemzeti Egyetem és a Koreai Szabványügyi és Tudományos Kutatóintézet munkatársai bejelentették, hogy első ízben sikerült előállítaniuk egy olyan atomnyi vastagságú chipet, amely elektromos áram hatására látható fényt bocsát ki.

Izzószál grafénból

A világító rész grafénból készült, amely a szén nanotechnológiában használt, tökéletes kristályos formája, tulajdonképpen egyetlen atom vastagságú grafitréteg.

A nanoizzó felépítésének vázlata Forrás: Young Duck Kim/Columbia Engineering

A kutatók kis graféncsíkokat rögzítettek fémelektródák közé. A csíkokat egy hordozóanyag (szilícium-dioxid) fölé függesztették, majd elektromos árammal rezgésbe hozták őket, ettől felizzottak és látható fényt bocsátottak ki. Az eredményeket a Nature Nanotechnology weboldalán tették közzé.

Új perspektívát nyit az optikai kommunikációban

„Lényegében a világ legkisebb elektromos izzólámpáját alkottuk meg” – mondta James Hone, a Columbia professzora, a tanulmány társszerzője. „A szélessávú fénykibocsátók eme új típusát integrálni lehet a chipekbe, és ez megalapozza az utat az atomi vékony, hajlékony és átlátszó kijelzők valamint a grafén alapú chipes optikai kommunikáció megvalósítása felé.”

A fénykibocsátás megvalósítása egy chip felszínén elhelyezett parányi struktúrák segítségével alapvető fontosságú a teljesen integrált „fotonikus” áramkörök kifejlesztéséhez, amelyek ugyanazt csinálják a fény közreműködésével, amit az elektromos áram az integrált áramkörök félvezetőiben.

A fémszálak nem alkalmasak

A kutatók már sokféle megoldást fejlesztettek ki ennek megvalósítására, de eddig még képtelenek voltak egy chipre helyezni a legrégebbi és legegyszerűbb mesterséges fényforrást, az izzólámpát.

Ennek elsődleges oka az volt, hogy a lámpa izzószálának rendkívül forrónak – több ezer Celsius-fokosnak – kell lennie ahhoz, hogy látható fényt bocsássanak ki, és a mikro mérettartományba eső fémszálak nem bírják ki ezt a hőmérsékletet. Ráadásul a hőátadás a forró szálaktól a környezetbe mikrotartományban igen hatékony, emiatt nem praktikusak ezek a szerkezetek, és károsítják az őket körülvevő chipet.

A fény még szabad szemmel is látható

A grafén által kibocsátott fény spektrumát mérve a kutatócsoport kimutatta, hogy a grafén hőmérséklete meghaladta a 2500 Celsius-fokot, azaz elég forró volt, hogy fényesen ragyogjon.

A nanoizzó képe szabad szemmel (balra) és mikroszkóp alatt (jobbra) Forrás: Young Duck Kim/Columbia Engineering

„Az atomi vékony grafén által kibocsátott fény annyira erős, hogy szabad szemmel, minden további nagyítás nélkül is látható” – mondta Young Duck Kim, a cikk vezető szerzője.

A grafénnak ráadásul van egy érdekes – és az adott esetben igen hasznos – tulajdonsága: minél jobban felmelegszik, annál rosszabbul vezeti a hőt. Ezért a „forró pont” a középpontban marad és a hő nem olvasztja meg a hordozót vagy a fémelektródákat.