Jenai kutatócsoport elnyeri a Thüringi kutatási díjat

A ThüRinger Kutatási Díj nyertesei: Prof. Dr. Andrey Turchanin, Dr. Falk Eilenberger, Dr. Antony George és Dr. Christof Neumann (balról jobbra) © Nicole Nerger | Jénai Egyetem / A „Thüringer Forschungspreis” (Thüringi Kutatási Díj) nyertesei: Prof. Andrey Turchanin, Dr. Falk Eilenberger, Dr. Antony George és Dr. Christof Neumann (balról jobbra) © Nicole Nerger | Jénai Egyetem

Mint atomrétegek a 2D-anyagok tulajdonságait drasztikusan megváltoztatják. © Nicole Nerger | Jenai Egyetem / Mint atomrétegek, a 2D anyagok drasztikusan megváltoztatják tulajdonságaikat. © Nicole Nerger | Jenai Egyetem

A kifejlesztett folyamat lehetővé teszi az iparilag kompatibilis és skálázható gyártást egyedi 2D anyagokból. © Nicole Nerger | Jenai Egyetem / The developed process enables industry-compatible and scalable production of customized 2D materials © Nicole Nerger | Jenai Egyetem

2D anyagok © Jena Egyetem / 2D materials © Jena Egyetem

A Friedrich-Schiller Egyetem Jena és a Fraunhofer Optikai és Finommechanikai Intézet IOF tudósainak négyfős csapata a Thüringiában elnyerte a Kutatási Díjat a testreszabott 2D-s anyagok kutatásáért. A „Alkalmazott Kutatás” kategóriában elnyert elismerést ma ünnepélyesen adták át az Ilmenaui Műszaki Egyetemen, és 25 000 euróval jár.

Százezer alkalommal vékonyabb, mint egy hajszál, szilárdabb, mint az acél, és hatékony közvetítő a fény és az áram között – az úgynevezett 2D-s anyagok egy gyorsan fejlődő anyagcsalád, egyedi tulajdonságokkal és nagy alkalmazási potenciállal.

A Jenai Egyetem és a Fraunhofer IOF kutatói a testreszabott 2D-s anyagok kutatásáért most a Thüringiában elnyerték a Kutatási Díjat. A „Alkalmazott Kutatás” kategóriában, amely 25 000 euróval jár, június 18-án adták át az elismerést az Ilmenaui Műszaki Egyetemen. A díjazottak – Prof. Dr. Andrey Turchanin, Dr. Antony George, Dr. Christof Neumann és Dr. Falk Eilenberger (Fraunhofer IOF) – számos innovatív módszert fejlesztettek ki, hogy személyre szabott 2D-s anyagokat állítsanak elő és tegyenek alkalmassá fotonikus, elektronikus és optoelektronikus alkalmazásokhoz.

egy szín a semmiből

A kutatott 2D-s anyagok egy új osztályt alkotnak, amelyek csak egy vagy néhány atomrétegből állnak – egy szín a semmiből. Különlegességük: tulajdonságaik drasztikusan megváltoznak a háromdimenziós kiindulási anyagokhoz képest. Egy ismert nanomateriál a grafén. Egy 2D-s anyag, amelyet csak nanométeres rétegek leválasztásával izolálnak a grafitról. Atomális formájában sokkal szilárdabb és vezetőképesebb, mint a kiindulási anyag, a grafit, amit például hagyományos ceruzákból ismerünk.

A Fraunhofer IOF-nál Falk Eilenberger, a Mikro- és Nanostrukturált Optika Osztály vezetője többek között a kapcsolódó anyagcsaládot, az átmeneti fém-dichalcogenideket, röviden TMD-ket vizsgálta és jellemezte. A TMD-k háromdimenziós formában csak közvetett félvezetőként fordulnak elő, ami korlátozza alkalmazási lehetőségeiket. Azonban 2D-s anyagként a szerkezet közvetlen félvezetővé alakul, amely hatékonyan alakítja át az áramot fényre, és fordítva.

Skálázható gyártás új alkalmazási lehetőségeket nyit

Eddig a 2D-s anyagokat háromdimenziós kristályok „lefújásával” állították elő. Hasonlóan a nyomtatott ujjlenyomat eltávolításához ragasztószalaggal, ekkor a kristályok egyes rétegeit darabonként távolítják el. Ez egy bonyolult és az ipar számára nem alkalmas folyamat, amely eddig korlátozta az anyagok alkalmazási lehetőségeit.

A jeni kutatók egy olyan eljárásra összpontosítottak, amely lehetővé teszi az iparilag kompatibilis testreszabott 2D-s anyagok gyártását. Ehhez a gázfázisú kiválasztási módszert alkalmazzák, amely során a kristály egy szilícium- vagy üvegfelületen, mint egy szőnyeg, növekszik – egy nanométer vékony szőnyeg.

„Az új eljárásnak köszönhetően nemcsak hatékonyan tudtuk előállítani a 2D-s anyagokat, hanem ezeket skálázható módon is fel tudjuk növeszteni funkcionális alkotóelemekként optikai komponenseken” – magyarázza Dr. Eilenberger. „Így például a TMD-anyagokat be tudjuk integrálni optikai szálakba, ami számos új alkalmazási lehetőséget nyit meg számunkra.”

A világ valószínűleg legkisebb LED-je

A TMD-k beépítésével az optikai szálakat és fotonikus chipeket úgy lehet funkcionálissá tenni, hogy nemcsak passzívan továbbítják a fényt, hanem generálják, változtatják vagy érzékelik azt: ideális platform például a klasszikus számítógépes chipek bizonyos feladatainak energiatakarékos fotonikus megvalósítására a jövőben. A kutatócsoport sikerült a 2D-s anyagot dióda funkcióval ellátni, így a valószínűleg legkisebb LED-t a világon kifejleszteni.

Az nanomateriálok integrálásával első alkalommal lehet elektronikus, fotonikus és optoelektronikus komponenseket gyártani, amelyek egyszerre rendkívül kicsik és erősek. Az áram és fény hatékony átalakítása miatt a 2D-s anyagokat érdekesnek tartják adatátviteli, kameratechnológiai vagy világítási alkalmazásokhoz. Emellett zökkenőmentesen összekapcsolhatók meglévő félvezetőkkel, így új utakat nyitnak a félvezetőtechnológiában.

A keletkező fény akár különösen szokatlan kvantumjellemzőkkel is rendelkezhet. Ezért nemcsak a hagyományos adatátvitelre, hanem kvantumtitkosításra is alkalmas. A TMD-vel töltött optikai komponensek a jövőben hozzájárulhatnak az adatok kvantumbiztonságához a kommunikációs hálózatokban.

egyedülálló kombináció Thüringiában

Dr. Eilenberger hangsúlyozza Thüringia különleges kutatási környezetét, mint a projekt sikerének kulcsát: „Itt, helyben, egyedülálló helyzetben vagyunk, amely jelentősen hozzájárult a projekt sikeréhez” – mondja az elismerésre utalva. „Thüringiában, különösen Jénában, a fotonika tudása kiváló tudományos felszereltséggel találkozik – személyzeti és technikai szempontból – és kockázatvállaló vállalatokkal, amelyek nem riadnak vissza az innovatív projektek előtt” – magyarázza Falk Eilenberger, aki a Jenai Egyetem kollégáival, Prof. Dr. Andrey Turchanin, Dr. Antony George és Dr. Christof Neumann munkáját méltatja.

A Thüringiában a kutatási díjat 1995 óta évente egyszer ítélik oda a tartományi felsőoktatási és kutatóintézetek kiváló tudományos eredményeinek elismerésére. A legkiválóbb kutatási teljesítményeket egyéni kutatók vagy kutatócsoportok kategóriában összesen 25 000 euró összdíjazásban és a Kutatási Díj díjjal jutalmazzák. A Thüringiában a Kutatási Díjat 2024. június 18-án adták át az Ilmenaui Műszaki Egyetemen.