Supergitter med mønstre av hydrert grafen. (Bilde: Rice University)

Vil koble karbon-kretser til hjernen

Forskere gjør stadig nye framskritt med «vidundermaterialet» grafen.

Mange forskningsmiljøer verden over har stor tro på det karbonbaserte materialet grafen. Det har en rekke svært positive egenskaper, blant annet elektriske og mekaniske. Denne rekke bli stadig lengre, etter hvert som forskerne gjør nye oppdagelser. Men foreløpig er det ikke uproblematisk å produsere grafen for industriell bruk.

Den siste uken har det blitt offentliggjort flere forskningsrapporter som nok en gang antyder nye bruksområder for grafen innen IT- og kommunikasjon.

Forskere ved Technische Universität München og Forschungszentrum Jülich har for første gang demonstrert at en matrise med grafenbaserte transistorer er kompatibel med levende, biologiske celler og også i stand til å registrere de elektriske signalene cellene genererer. Dette åpner for framtidige biomedisinske bruksområder hvor det er nødvendig med et direkte grensesnitt mellom mikroelektriske enheter og nerveceller eller annet levende vev.

Forskere har lenge sett for seg muligheten for å plassere sensorer og i noen tilfeller aktuatorer inne i hjernen, øyet eller øret til mennesker for å bidra til å kompensere for nerveskader. Pionerarbeidet på dette området med bruk av moden, silisiumbasert mikroelektronikk, men kan i praksis se ut til å være en blindvei fordi fleksible substrater og vannholdige, biologiske omgivelser utgjør et alvorlig problem for silisiumenheter. Dessuten er slike enheter muligens preget av for mye støy til å kunne kommunisere pålitelig med individuelle nerveceller.

Grafen har så langt vist seg å være svært godt egnet. Det tilbyr ifølge de tyske forskerne svært gode elektroniske egenskaper, er kjemiskstabilt og biologisk uvirksom. Dessuten kan det raskt prosesseres i fleksible substrater og ventes å kunne produseres med lave kostnader i framtiden.

Hjertemuskel-lignende celler lagt oppå matrise med grafenbaserte transistorer.
Hjertemuskel-lignende celler lagt oppå matrise med grafenbaserte transistorer. Bilde: Technische Universität München

Eksperimentet de tyske forskerne gjorde, var å lage en matrise med 16 grafen-transistorer av typen G-SGFET (graphene solution-gated field-effect transistor). Disse ble fabrikert på kobberfolie ved hjelp av vanlige kjemiske og fotolitografiske etseprosesser.

Variasjoner i det elektriske og kjemiske miljøet i nærheten av FET-porten til transistorene ble konvertert til variasjoner i transistorstrømmen.

Forskerne fikk deretter biologiske celler tilsvarende det man finner i hjertemuskler til å gro på toppen av matrisen. Ved hjelp av grafentransistorene kunne forskerne ikke bare registrere aksjonspotensialet til individuelle celler på et nivå som er høyere enn indre støyen til transistorene. Disse signalene kunne også registreres med høy romlig og tidsmessig oppløsning.

Framover vil de tyske forskningsinstitusjonene fokusere på ytterligere å forbedre støyegenskapene til grafen-enhetene.

Forskere ved Rice University i Houston, Texas, har på sin side for første gang oppnådd å endre overflaten på grafen med å legge til hydrogenatomer. Med dette oppnås en form for supergitter som kan brukes innen organisk kjemi. Forskerne mener at arbeidet kan lede fram til grafenbaserte kjemiske sensorer, termoelektriske enheter og metamaterialer. Flere detaljer om dette forskningsarbeidet finnes i denne artikkelen i Nature.

Skjematisk framstilling av IBM-forskernes  frekvensmultiplikator laget som en grafenbasert, integrert krets.
Skjematisk framstilling av IBM-forskernes frekvensmultiplikator laget som en grafenbasert, integrert krets. Bilde: IBM

Også IBM forsker på grafen. Forskere ved selskapet, blant annet Shu-Jen Han, har for første gang kunnet demonstrere grafen-enheter i wafer-skala som er prosesser i en standard 200 milimeter silisiumfabrikk. Dette, sammen med flere andre framskritt, anses av forskerne for å være et viktig skritt på veien fra å gjøre grafen om fra et vitenskaplig kuriositet til en reell teknologi.

Enheten forskerne ved IBM T.J. Watson Research Center har laget er en frekvensmultiplikator. Den kan brukes med en klokkehastighet på opptil 5 GHz og er stabil ved temperaturer på opptil 200 °C. Selv om det kreves mer detaljert evaluering av den termiske stabiliteten, mener forskerne at resultatene er lovende for bruk av grafenkretser i omgivelser med høye temperaturer.

Til toppen