Графен оценили авансом

Российские физики Константин Новоселов и Андре Гейм открыли графен всего шесть лет назад, а сегодня, 5 октября, Нобелевский комитет объявил о присуждении им премии в области физики. Это второй раз, когда престижную награду дают за открытие нового углеродного материала, причем без существенных практических приложений, завоевавших рынок. О значении этого достижения для России рассказал старший научный сотрудник МИЭТа Иван Бобринецкий, работающий в области наноэлектроники

  
Андрей Гейм  
 
  
Константин Новосёлов  
 
  
Участники XI Международной конференции по науке и применению нанотрубок "NT2010" в Монреале, Канада, 27 июня - 2 июля 2010 года. Где-то среди них - Андре Гейм

- В середине  лета в Монреале я участвовал  в конференции NanoTubes-2010 (это престижная научная конференция по углеродным наноструктурам) и там делал доклад Андре Гейм, он рассказывал о перспективах применения графена. Константин Новоселов там не выступал, как и на других подобных конференциях, где мне довелось бывать. И мне всегда казалось немного странным – что Новоселов сам редко выступает, а чаще всего докладывают его соавторы – Гейм или Морозов. Это безусловно характеризует его как скромного человека.

Новоселов и  Гейм открыли графен в 2004 году. Тогда  мы пытались осуществить их метод  у себя в лаборатории, но он оказался довольно невоспроизводимым. Из нескольких сотен итераций можно получить один графеновый листик. Нас интересовали всегда подробности технологии, мы с коллегами интересовались у Гейма, но оказалось, что и они также получали материал – долго и упорно. Так вот за шесть лет технология получения графена ушла далеко вперед, и позволяет делать теперь графеновые листы диаметром до 50 сантимеров – об этом на монреальской конференции рассказал Ю. Лин из Исследовательского центра IBM. Я, кстати, написал о конференции статью в журнал «Российские нанотехнологии» (номер № 9-10 2010 год только что вышел из печати, статья «Нанотрубки и родственные материалы: от науки к применению» – STRF.ru).

Графен - это  аллотропная форма углерода, монослой. Мы студентам объясняем так: карандаш, которым вы пишете, оставляет слои на бумаге – это в сущности графеновые слои. Нанотрубки изучают уже два десятка лет, а графен всего шесть, но прогресс в отношении этих материалов практически одинаковый. Сейчас уже есть транзисторы на основе графена. В Монреале на NanoTubes-2010 Samsung демонстрировал гибкие дисплеи с диагональю до 70 сантиметров, где один из проводящих электродов сделан из графена. Ведь графен - это прозрачное вещество, обладающее высокой проводимостью. Другое направление, где находит применение графен, – высокопроводящие прозрачные покрытия, это фотоэлектроника, солнечные батареи, где один из электродов должен быть прозрачным.

Технологические трудности, тормозящие внедрение нанотрубок в функциональные элементы цифровой электроники, актуальны и для  графена. Как и графит, графен - это  полуметалл и в нем трудно добиться высокого соотношения токов включения-выключения. В транзисторе это соотношение может составлять несколько порядков. У графена этот показатель не превышает 100:1. Так что перспективы его применения в цифровой электронике не совсем пока ясны, так же как и перспективы нанотрубок. Гораздо яснее перспективы применения графена в аналоговой электронике – в радиочастотных приборах, радарах, средствах телекоммуникации, средствах отображения информации. Об этом рассказывал Андре Гейм на конференции. В этом направлении графен рассматривается как элемент аналоговый электроники. Может быть, я приведу несколько рискованное сравнение, но в сущности графен здесь выступает как высокопроводящий элемент при комнатной температуре.

Есть два пути работы с наноструктурами: сверху вниз и снизу вверх. Путем «сверху вниз» идет наша традиционная микроэлектроника, когда отсекается лишнее от куска кремния и получается маленький транзистор. И мы в лаборатории так делали, и Гейм так делал, – брали графит и расщепляли его до минимального элемента, до одиночной чешуйки толщиной в один атом. Мы увидели здесь технологическую проблему и предложили использовать методы традиционной микроэлектроники – такие как фотолитография, ионная литография – для обрезки всего лишнего и создания нанометровых каналов. Это по сути технология, разрабатываемая нами в МИЭТ. Развивается и другой путь – снизу вверх, причем буквально за два года в мире достигли впечатляющих результатов. Сейчас методом осаждения можно вырастить на любой поверхности любого размера графеновую пленку. Хотя потом возникает проблема – как снять эту графеновую пленку с основы, на которой она выросла, и перенести, к примеру, на монитор. И в России это можно сделать, у нас есть новейшее оборудование. То есть научный вклад России в работу с графенами достаточно весом. Но дальше, если говорить о внедрении, об инновациях, с этим хуже. И это обидно, потому что направление создания элементов электроники на основе графена перспективное. Например, авторитетный ученый Фаэдон Аворис из IBM сейчас полностью переключился с нанотрубок на графен. А эта фирма тонко чувствует инновационную составляющую.

У нас в России переход к инновациям конечно  слабоват – может быть, из-за отсутствия рынка, из-за отсутствия компаний, которые  готовы поддержать эти работы. В  рамках института невозможно сделать  фабрику по производству графена, а это ведь основная на данный момент задача. Смотрите, кто сейчас основной разработчик графеновой продукции - Samsung и Fujitsu. Ясно, что Россия отстала в плане внедрения данных технологий. Да и к нашим ученым в этой области, тем, кто живёт и работает в России, в мире предвзятое отношение. На канадской конференции было 700 докладчиков, из них около 15-ти россиян, достаточно маленькая группа. И ни один из нас не был удостоен устного доклада в отличие от наших коллег и соотечественников, работающих за рубежом. Возможно, теперь, когда Новоселову и Гейму присудили нобелевку, отношение к нам изменится. Ведь это означает, что в России и теперь делают открытия мирового уровня. Случаем надо воспользоваться - в следующем году я хочу рискнуть и добиться пленарного доклада на конференции NanoTubes, которая в 2011 году состоится в Англии (в Кембридже).

Меня удивляет, что Нобелевскую премию за графен дали так быстро. Конечно, этому материалу  сделали колоссальную рекламу, в  том числе крупные корпорации, но ведь на рынке из него изделий нет. За фуллерен тоже быстро премию дали. Хотя если посмотреть на применение фуллерена, то кроме антиоксидантных кремов, выпускаемых товарищами из Китая, особого прогресса нет. Использование же фуллеренов в составе композита также не является массовым. Возможно наметился тренд – отмечают открытие новых углеродных материалов. Эксперты и, я в их числе, рассчитывают, что мы скоро перейдем к элементной электронике на основе углерода. В целом, меня как ученого, больше десяти лет занимающегося нанотрубками, отношение Нобелевского комитета к новым углеродным материалам, не может не радовать.

Записала Татьяна Пичугина 

Ссылки  по теме: 
Нобель и Шнобель в одной корзине 
Нобелевская премия по физике присуждена за графен 
Нобелевка в пробирке 
Графен – ключ к сверхбыстрой расшифровке последовательностей ДНК 
Учёные раскрывают тайны графена

Другие  материалы по теме Государство начнёт торговать инновациями:

• В 2011 году бюджет РФФИ составит 6 миллиардов рублей, РАН – 37 миллиардов (01 октября)
• Нанотехнологии в ЕС: революции не произошло (09 сентября)
• Стратегию развития информационного общества в РФ нужно менять (29 июня)

STRF.RU