Na pytania dotyczące projektu „Od acentów do obiektów nanografenowych: tworzenie, struktura i właściwości elektronowe” odpowiada dr hab. Szymon Godlewski z Uniwersytetu Jagiellońskiego.
W ostatnich latach obserwujemy szybki rozwój urządzeń elektronicznych, ale wydaje się, że istotne jest poszukiwanie spełnienia coraz większych wymagań?
Oczywiście, tak naprawdę ten rozwój jest podyktowany nieustannie rosnącymi wymaganiami dla wszelkiego rodzaju urządzeń elektronicznych. Wszyscy chcemy, by otaczające nas urządzenia były coraz szybsze, coraz mniejsze, i w gruncie rzeczy, by było ich coraz więcej. Obserwujemy jak szybko postępuje zastępowanie naszych działań przez elektronikę, która z kolei kontroluje i często nadzoruje urządzenia mechaniczne. Co więcej, elektroniczne sterowanie pojawia się w takich elementach, których niedawno jeszcze nikt by nie planował sterować w taki sposób.
Czym są półprzewodniki? Jak można je zdefiniować?
Bardzo obrazowo i upraszczająco mówiąc są to materiały, które nie umożliwiają przepływy prądu tak swobodnie, jak metale, ale z drugiej strony nie blokują go tak jak izolatory. Można by powiedzieć, że dla nośników elektryczności takich jak elektrony metale są jak autostrada, izolatory jak zamknięta droga, zaś półprzewodniki są czymś pośrodku. Co ważniejsze, pozwalają one na kontrolę tego w jakim stopniu prąd może przez nie płynąć, czyli mówiąc obrazowo możemy taką drogę dla elektronów raz nieco ulepszyć i będzie ona drogą szybkiego ruchu, a za chwilę poustawiać na niej zapory i wtedy stworzymy wiele wiraży i ruch elektronów będzie już znacznie spowolniony. To oczywiście metafora, ale w jakimś stopniu oddaje sens tego co dają nam półprzewodniki. Właśnie ta możliwości kontrolowania ich właściwości – i to w czasie rzeczywistym – jest tutaj kluczowa i umożliwia np. zmianę ustawienia elementu z pozycji wyłączonej, w której przykładowo prąd praktycznie nie płynie, do włączonej, w której co prawda nie osiągamy poziomu metalu, ale przepływ prądu jest o wiele rzędów wielkości większy niż w stanie wyłączonym.
Czy zgodzi się Pan, że w ostatnim czasie dążymy do miniaturyzacji urządzeń elektrycznych?
Oczywiście to prawda, jednak w kontekście moich badań to akurat – poza samym faktem zwiększenia zapotrzebowania na nowe konstrukcje – nie jest najistotniejsze. W zasadzie to – znów nieco upraszczając – moglibyśmy powiedzieć, że urządzenia elektryczne wiążą prąd z działaniem mechanicznym i tutaj skala wielkości jest zupełnie inna niż w badaniach na poziomie pojedynczych atomów. Innymi słowy to co małe w urządzeniach elektrycznych będzie prawdopodobnie dostrzegalne gołym okiem, natomiast badania nad nowymi materiałami koncentrują się w obszarze ich właściwości determinowanych przez budowę na poziomie atomowym, ale oczywiście objawiających się w skali makro – przynajmniej w kontekście aplikacyjnym.
Jak miniaturyzacja może wyglądać w przyszłości?
To pewnie trudno przewidzieć. Z punktu widzenia aplikacyjnego możemy się pewnie spodziewać zagospodarowania przez elektronikę coraz to nowych obszarów, które dotychczas nam się z tym nie kojarzyły lub też jeszcze stosunkowo niedawno znane były z opisów tzw. science fiction. Natomiast jeśli chodzi o same badania nad nowymi materiałami to musimy pamiętać, że obecnie osiągnięty poziom miniaturyzacji sprawia, że w najmniejszych elementach składowych układów elektronicznych pojawiają się bardzo istotne zmiany w ich funkcjonowaniu w stosunku do elementów podobnych, ale większych. Wchodzimy tutaj w obszar praw fizyki kwantowej. Pamiętajmy, że same zjawiska kwantowe są oczywiście wykorzystywane w sposób celowy w wielu układach, jednak tutaj mamy do czynienia również z pojawieniem się zupełnie niepożądanych efektów, w rezultacie których zmniejszone urządzenie przestaje zachowywać się tak, jak byśmy chcieli. Dlatego konieczne jest znalezienie alternatywnych ścieżek rozwoju, bowiem dalsza bezpośrednia miniaturyzacja nie jest po prostu możliwa. Stąd bierze się dążenie do tworzenia nowych materiałów i nowych konstrukcji w nanoskali.
Na co głownie ukierunkowany jest projekt?
Realizowane projekty dotyczą badań podstawowych, a głównym celem jest synteza układów molekularnych z precyzją atomową. Oczywiście zadaniem jest stworzenie takich układów, które z jakichś powodów zostaną lub zostały już uznane za ciekawe, np. na podstawie przewidywań modeli teoretycznych, a jednocześnie dotychczas nie udało się ich stworzyć. Ważne jest by dało się te układy tworzyć z precyzją sięgającą pojedynczych atomów, oraz by można było zbadać zarówno ich strukturę, jak i właściwości, a w efekcie wytyczyć pewne nowe ścieżki tworzenia.
Dziękujemy za rozmowę!
