prof. Jacek Baranowski o początkach polskich i światowych badań nad grafenem

Rozmowa z członkiem polskiego zespołu pracującego nad grafenem, pracownikiem Instytutu Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego oraz Instytutu Technologii Materiałów Elektronicznych.

O WCZEŚNIEJSZYCH ZAINTERESOWANIACH NAUKOWYCH

Od wielu lat zajmuję się materiałami półprzewodnikowymi. W latach 90. zajmowałem się azotkami, materiałem bardzo obiecującym z punktu widzenia tworzenia źródeł światła pobierających niewielką moc. Diody LED i niebieskie lasery bazują dziś na azotkach galu i glinu. W latach 90. był to ciekawy temat. Dziś cała technologia została już przejęta przez przedsiębiorstwa komercyjne, nie pozostawiając wiele miejsca naukowcom. Odpowiedzi na podstawowe pytania już padły i badania związane z azotkami straciły finansowanie, ale jest to przecież zdrowe zjawisko. Nauka podjęła kolejne tematy.

O POCZĄTKACH POLSKICH BADAŃ NAD GRAFENEM...

Stał się on w środowisku naukowym gorącym tematem, jeszcze zanim jego odkrywcy otrzymali Nagrodę Nobla. Polacy zajęli się nim w roku 2007, krótko po pierwszych doniesieniach ze świata. Usłyszawszy o nim, zainteresowałem tematem kolegów z Instytutu Technologii Materiałów Elektronicznych dysponujących odpowiednią aparaturą. Po pierwszych próbach uzyskania grafenu zakończonych sukcesem nie dostaliśmy co prawda dofinansowania z Brukseli, lecz dotację z Europejskiej Fundacji Nauki w Strasburgu. Teraz staramy się zainteresować naszymi dokonaniami Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego. Z tej strony nie spotkaliśmy się na razie z żywym odzewem. Zainteresowanie za to okazało nam Ministerstwo Gospodarki, które stara się wspólnie z nami znaleźć źródła dalszego finansowania. Zaczynają się też nami interesować inwestorzy prywatni. Polski zespół nie jest duży, to raptem kilka osób w ITME i tyle samo na Uniwersytecie Warszawskim. Jego liczebność mogłaby się znacznie zwiększyć, gdyby znalazły się pieniądze na udział kolegów z innych instytutów zajmujących się fizyką materiałową przy PAN i na uczelniach wyższych.

... I BADANIACH ŚWIATOWYCH

Badania nad grafenem prowadzą na świecie ośrodki w Niemczech, we Francji, w Wielkiej Brytanii, Szwecji, Czechach, Stanach Zjednoczonych, Chinach, Korei Południowej i Japonii. Z naukowcami z tych ośrodków przygotowujemy publikacje i prowadzimy wspólne projekty, których celem jest stworzenie tranzystora grafenowego. Instytut na Florydzie stworzył na bazie otrzymanego przez nas materiału detektor wodoru. Równolegle badania nad grafenem prowadzą laboratoria Intela i IBM, które nie ujawniają wyników prac. Wiemy na razie tyle, że w IBM powstał już tranzystor grafenowy…

O ISTOCIE OSIĄGNIĘĆ POLSKIEGO ZESPOŁU

Do tej pory zespołom badawczym udawało się otrzymywać tylko bardzo małe "płatki" grafenu, które nie nadawały się do wykorzystania w skali przemysłowej. Pierwszym sposobem otrzymywania większych powierzchni było wygrzewanie płyt węglika krzemu, w wyniku czego krzem odparowywał, pozostawiając grafen. Nie była to jednak metoda doskonała. Postawiliśmy na nanoszenie węgla na węglik krzemu w procesie epitaksji, co umożliwiało wykorzystanie aparatury stosowanej m.in. do produkcji diod LED. Uzyskaliśmy w ten sposób powierzchnie rzędu kilku cali kwadratowych. W Korei Południowej laboratoria Samsunga zrobiły kolejny krok. Tamtejsi naukowcy otrzymują grafen na foliach miedzianych, po czym odtrawiają folie, uzyskując w ten sposób płachty o boku 40 centymetrów kwadratowych. Ten rodzaj grafenu ma jednak zastosowanie raczej mechaniczne, jako materiał na ekrany dotykowe. Nasz jest lepszy w zastosowaniach elektronicznych.

O POBLEMACH Z GRAFENEM

Grafen nie ma przerwy energetycznej, co znacznie utrudnia stworzenie tranzystora polowego, który przy pomocy napięcia można zamknąć tak, aby przewodził - lub nie - prąd. Na razie potrafimy modulować prąd z dużą częstością. Kariera grafenu rozpoczęłaby się zaś naprawdę dopiero po uzyskaniu przerwy energetycznej. Na razie pracuje się nad uzyskaniem pasków grafenowych, ale to wymaga rozwoju narzędzi, które umiałyby ciąć grafen. Pamiętajmy, że pierwszy tranzystor na krzemie powstał w latach 50. Upłynęło 50 lat zanim uzyskaliśmy naprawdę wielkie procesory. W grafenie jesteśmy na początku tej samej drogi.

O GRAFENIE W ENERGETYCE ODNAWIALNEJ

Grafen przepuszcza światło, jest odporny chemicznie i przewodzi prąd, a zatem spełnia wymagania stawiane przed elektrodą baterii słonecznej. Gdyby udało się uruchomić masową produkcję paneli słonecznych z wykorzystaniem tego materiału, energetyka odnawialna mogłaby zyskać poważny impuls do rozwoju, bo węgiel jest materiałem bardzo tanim. Pozostaje kwestia opracowania odpowiedniego procesu technologicznego.