Pod ekstremnim pritiskom 200.000 puta većim od atmosferskog, obični plavi pigment pretvoren je u bakrene žice debljine jednog atoma, duge više od 4.000 atoma — što je rekord za red veličine veći od dosadašnjih pokušaja.
Znanstvenici su uspjeli ono što se donedavno činilo gotovo nemogućim: od kristala bakrova ftalocijanina (CuPc), spoja koji se koristi za proizvodnju poznatog plavog pigmenta, stvorili su ultratanke bakrene nanovodiče stabilne na zraku i otporne na kiseline. Istraživanje objavljeno u časopisu Science otvara put prema molekularnoj elektronici koja bi mogla zamijeniti klasične silicijske čipove.
Dosadašnji rekord za jednokomponentne lance atoma iznosio je tek 28 atoma. Novi lanci sadrže više od 4.000 bakrenih atoma u nizu, a svaki je lanac umotan u zaštitni ugljikov omotač poput trožilnog kabela — s unutarnjom žicom od bakra, srednjim slojem od ugljika i dušika te vanjskim dijamantu sličnim omotačem od sp3-ugljika.
Zašto je ovo važno za budućnost elektronike
Silicijevi čipovi približavaju se fizičkim granicama minijaturizacije. Dok se procesori više ne mogu značajno smanjivati, žice koje ih povezuju mogle bi se svesti na najmanju moguću dimenziju — jedan atom. Ovi nanovodiči pokazuju snažnu anizotropiju: električna struja kroz njih teče više od deset puta brže uzduž žice nego poprijeko, a u idealnim uvjetima bez grešaka ta bi razlika mogla dosegnuti tisuću puta.
Zanimljivo otkriće — bakreni atomi sami ne provode struju. Njihove međusobne veze preslabe su za to. Struju omogućuju preklapajući atomi ugljika i dušika u okolnom prstenu. To mijenja dosadašnje shvaćanje o tome kako funkcioniraju jednodimenzionalni vodiči.
Revolucija bez tekućina
Tradicionalna sinteza takvih lanaca odvijala se u tekućim otopinama s kemijskim omotačima koji stabiliziraju metalne atome. Problem nastaje kada lanci postanu dulji — omotači postaju netopljivi i sinteza staje. Zato su dosadašnji lanci bili kratki, često s manje od deset atoma.
Kineski istraživači predvođeni Jie Zhangom zaobišli su taj problem potpunim uklanjanjem tekućina. Koristili su dijamantnu nakovnja ćeliju, uređaj koji stvara pritisak veći od 21 gigapaskala — otprilike 200.000 puta veći od normalnog atmosferskog tlaka. Pod tim pritiskom, ravne molekule pigmenta, koje prirodno stoje jedna na drugoj poput hrpe novčića, spojile su se u savršeno ravne lance.
Pitanje koje izvor ne postavlja
Istraživanje je impresivno, ali ostaje ključno pitanje: može li se ovaj proces ikada komercijalizirati? Ekstremni tlakovi potrebni za sintezu predstavljaju ozbiljno ograničenje za industrijsku proizvodnju. Dijamantne nakovnja ćelije laboratorijski su uređaji koji ne mogu procesuirati velike količine materijala.
No, znanstvenici su optimistični. Visokotlačna sinteza dokazala se kao održiv put prema ultralong atomskim žicama, a otkriće antiferomagnetskih interakcija između susjednih bakrenih atoma otvara nova pitanja o ponašanju materije na najmanjim skalama.
Ovo istraživanje nije samo korak prema manjoj elektronici. Ono pokazuje da ponekad najveća otkrića dolaze iz najjednostavnijih materijala — poput plave boje koju svaki školarac ima u kutiji bojica. Pod dovoljno ekstremnim uvjetima, i najobičnija tvar može postati temelj tehnologije sutrašnjice.
Zar nisu jednostavno mogli bakrenom olovkom po papiru i selotejpom odlijepiti sloj (baš kao u jednoj drugoj prilici grafit od olovke)?
Samo pitam.
Ovo je važno jer bi moglo otvoriti novi put prema elektronici nakon klasičnog skaliranja silicija. Ključ je u nekoliko stvari: Žice debljine jednog atoma mogle bi omogućiti ekstremno gusto pakiranje elektroničkih komponenti. Anizotropija veća od 10×, a teoretski i do 1000×, znači da bi se struja mogla vrlo precizno usmjeravati — poput elektroničkog „jednosmjernog koridora“. Najzanimljivije je što bakar nije glavni nositelj električne vodljivosti. Vodljivost nastaje zbog preklapanja orbitala ugljika i dušika u okolnoj strukturi. To pokazuje da se svojstva vodiča mogu dizajnirati kombiniranjem različitih atoma, a ne samo izborom tradicionalnog metala. Takve strukture mogle bi biti korisne za molekularnu elektroniku, kvantne uređaje i nove vrste tranzistora i međuspojeva, gdje klasične bakrene žice više nisu dovoljno male. Drugim riječima, ovo nije samo priča o „manjoj žici“. Važnije je to što pokazuje da se električna svojstva mogu programirati na atomskoj razini. To bi moglo biti jedan od principa na kojima će… Čitaj više »