Grafen postaje magnetski prekidač koji pamti stanje

Grafen od četiri sloja može se naponom prebacivati između nemagnetskog i magnetskog stanja, a to stanje ostaje zapisano i nakon što se napon isključi.

Istraživači s američkog sveučilišta Cornell objavili su u časopisu Nature Nanotechnology da su električnim naponom pokrenuli klizanje slojeva grafena i time promijenili njegovu atomsku strukturu. Rezultat je materijal koji se iz jednog stanja u drugo prebacuje poput prekidača, bez visokih temperatura i pritisaka kakvi su dosad bili potrebni za prekrajanje kristalne rešetke.

Voditelj istraživanja Kenji Yasuda opisuje cilj jednostavno: pronaći lakši način da se struktura materijala promijeni, uz manje energije i s tehnološkom koristi. S kolegom Danielom Brandonom kao glavnim autorom, tim se umjesto na jake kemijske veze usmjerio na slabe veze između slojeva, takozvane van der Waalsove veze. One drže slojeve na okupu, ali dopuštaju da se jedan prema drugome pomaknu.

Dijamant i grafit u istom materijalu

Pouka je stara koliko i kemija: isti atomi mogu dati posve različita svojstva ovisno o tome kako su posloženi. Dijamant i grafit građeni su od ugljika, a razlikuju se po tvrdoći, boji i vodljivosti jer im se atomi slažu drukčije. Upravo je taj raspored, a ne sastav, ono što istraživači u Cornwallu drže pod kontrolom.

U grafenovom sendviču od četiri sloja najstabilniji raspored je Bernalov i on odgovara nemagnetskom stanju. Napon ga prevodi u rjeđi, manje stabilan romboedarski raspored, za koji se veže magnetizam, supravodljivost i niz egzotičnih kvantnih pojava. Ključna riječ je klizanje: slojevi se fizički pomiču, a ne samo elektronski prepisuju.

Brandon ističe da je ta nepokretljivost, odnosno trajnost zapisa, ono što metodu čini zanimljivom. Materijal u novom stanju ostaje dugo i vraća se u prijašnje stanje dosljedno, što je preduvjet za memoriju koja se može više puta prepisivati. U prijevodu: dobili smo kvantnu memoriju kojoj napon služi kao olovka, a ne kao stalno napajanje.

Što se ovdje stvarno prodaje

Cornellov rad nije prvi koji grafenom pomiče slojeve, ali jest jedan od rijetkih koji povezuje mehanički pomak s magnetskim stanjem koje ostaje zapisano. To otvara put prema materijalima čija se svojstva ne moraju ugraditi u tvornici, nego se prepisuju na licu mjesta. Yasuda govori o „fundamentalno novom načinu upravljanja materijom” i mogućnosti da se istim trikom prebacuje i supravodljivost.

No pitanje koje izvor nije postavio glasi: čemu sve to služi izvan laboratorija? Kvantna memorija koja radi na temperaturi blizu apsolutne nule i dalje je daleko od svakodnevne elektronike. Ako se ne nađe način da se klizanje održi na sobnoj temperaturi i u masovnoj proizvodnji, ostaje lijep eksperiment i dobar naslov u znanstvenom časopisu.

Drugo pitanje tiče se kontrole. Tehnologija koja omogućuje da se svojstva materijala prepisuju naponom otvara i mogućnost da se ista svojstva namjerno brišu ili zaključavaju. Tko će kontrolirati takve zapise i pod kojim uvjetima, pitanje je koje se u ovakvim radovima gotovo nikad ne postavlja, a s vremenom će biti važnije od samog otkrića.