Wypełnianie luki w wiedzy na temat nanostruktur węglowych
Grafen, którego odkrywcy zdobyli w 2010 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki, będzie prawdopodobnie cudownym materiałem stulecia. Ma on postać węglową, a wyekstrahowany został w formie płatków węgla ze zwykłego grafitu stosowanego w ołówkach. W rzeczywistości mówi się, że ten arkusz węgla o grubości jednego atomu jest najmocniejszym materiałem, jaki kiedykolwiek zmierzono. Biorąc pod uwagę ogromną wytrzymałość tak cienkiego materiału oraz jego niesamowitą przewodność, grafen mogłyby zostać wykorzystany do produkcji ultracienkich, superwydajnych elastycznych urządzeń elektronicznych przyszłości. Jednakże, jego dotychczasowy potencjał pozostaje właśnie taki; w szczególności w zakresie jego zdolności do zastąpienia krzemu w urządzeniach półprzewodnikowych. Jedną z głównych przyczyn jest jego niezdolność do zatrzymania przepływu prądu lub wyłączenia (brakuje w nim pasma wzbronionego, które określa lukę między pasmem walencyjnym, w którym elektrony są związane, a pasmem przewodnictwa, w którym mogą one swobodnie przewodzić prąd). Europejscy naukowcy zaangażowani w realizację projektu "Magnetooptyka nanoalotropów węgla" (MOCNA) postanowili zastosować techniki magnetospektroskopii do badania podstawowych właściwości optycznych nanostruktur, w tym grafenu w dużych polach magnetycznych. Naukowcy skoncentrowali się na zjawisku zwanym rezonansem magnetofononowym (MPR), jednej z najważniejszych metod ustalania parametrów struktury pasm w półprzewodnikach. MPR powstaje z emisji i pochłaniania rezonansowych (jednolicie wibrujących) fononów optycznych przez elektrony w silnych polach magnetycznych. Poziomy energetyczne w silnych polach magnetycznych w odniesieniu do półprzewodników są kwantowane w zbiór tzw. poziomów Landaua. Naukowcy projektu MOCNA zbadali MPR, wzbudzenia między poziomami Landaua oraz interakcje elektronowo-fononowe w grafenie, uzyskując istotne wyniki i wskazania co do rozwoju pierwszego strojonego lasera dalekiej podczerwieni. Naukowcy zbadali także zjawiska magnetooptyczne w pojedynczych nanorurkach węglowych oraz w strukturach pojedynczych kropek kwantowych. Wyniki projektu MOCNA umożliwiły lepsze zrozumienie podstawowych właściwości grafenu i innych nanostruktur węglowych, które mogą mieć istotny wpływ na przyszły rozwój urządzeń opartych na tym tzw. cudownym materiale XXI wieku. W ten sposób projekt MOCNA może pomóc umiejscowić UE na pozycji lidera w tej niezwykłej, nowej dziedzinie odkryć.
