Você pode pensar que esse novo 'material maravilhoso' estaria fora de sua experiência cotidiana, mas o grafeno é a exceção. Quando você escreve ou desenha com um lápis, o grafite (a 'ponta' do lápis) desliza em camadas finas para deixar um rastro - a linha no papel. A capacidade do carbono de formar uma fina camada de moléculas é o que torna o grafeno especial - e os cientistas estão começando a explorar as possibilidades da eletrônica e da computação de grades de carbono com apenas uma molécula de espessura.
A indústria de semicondutores é a base da economia de alta tecnologia de hoje, apoiando diretamente mais de 100, 000 empregos na Europa, e indiretamente ainda mais. Isso foi alcançado por meio da miniaturização contínua na tecnologia 'Complementary metal-oxide-semiconductor' (CMOS), à base de silício. Mas esse modelo só vai durar mais 10 ou 15 anos.
O principal desafio para a indústria de TIC é encontrar alternativas para o processamento e armazenamento de informações além dos limites do CMOS existente. Existem boas indicações de que o grafeno é um candidato principal para componentes "Além do CMOS", e é, apesar de sua natureza revolucionária, complementar às tecnologias CMOS convencionais.
O grafeno tem sido objeto de uma explosão científica desde os experimentos inovadores neste novo material, há menos de 10 anos, reconhecido pelo Prêmio Nobel de Física em 2010 concedido ao Professor Andre Geim e ao Professor Kostya Novoselov, na Universidade de Manchester. As notáveis propriedades elétricas do grafeno podem superar os limites físicos que o silício enfrenta à medida que os transistores encolhem para tamanhos cada vez menores - fornecendo soluções para a era "Além do CMOS", necessários para enfrentar os desafios da competição global.
Reunindo várias disciplinas e abordando pesquisas em uma ampla gama de questões, desde a compreensão fundamental das propriedades do material até a produção de grafeno, o GRAPHENE Flagship foi lançado em outubro de 2013. A pesquisa proposta inclui eletrônicos, spintrônica, fotônica, plasmonics e mecânica - todos baseados em grafeno.
Liderado pelo Professor Jari Kinaret, da Universidade Chalmers da Suécia, o carro-chefe envolve mais de 126 grupos de pesquisa acadêmica e industrial em 17 países europeus, com 136 investigadores principais, incluindo quatro ganhadores do Nobel. Com um orçamento inicial de 30 meses de EUR 54 milhões, o consórcio GRAPHENE crescerá para incluir outros 20-30 grupos por meio de uma chamada aberta para propostas de projetos em novembro, no valor de até um total de 9 milhões de euros.
'A produção de grafeno é obviamente central para o nosso projeto, 'disse o Prof. Kinaret no lançamento, mas os principais aplicativos a serem analisados incluem dispositivos eletrônicos e ópticos rápidos, eletrônica flexível, componentes leves funcionais e baterias avançadas. Exemplos de novos produtos habilitados por tecnologias de grafeno incluem rápido, eletrônicos de consumo fortes e flexíveis, como papel eletrônico e dispositivos de comunicação pessoal dobráveis, bem como aviões mais leves e com maior eficiência energética. A longo prazo, espera-se que o grafeno dê origem a novos paradigmas computacionais e aplicações médicas revolucionárias, como retinas artificiais.
Navegando:Grafeno como carro-chefe da FET
Descrita pela Vice-Presidente da Comissão Europeia, Neelie Kroes, como uma 'aventura ousada', os carros-chefe de 'tecnologias emergentes e do futuro' (FET) são visionários, em grande escala, iniciativas de pesquisa voltadas para a ciência que enfrentam desafios científicos e tecnológicos em todas as disciplinas científicas. Estes novos instrumentos de financiamento da investigação da UE promovem esforços coordenados entre a UE e os programas nacionais e regionais dos seus Estados-Membros, são altamente ambiciosos, e contam com a cooperação entre uma variedade de disciplinas, comunidades e programas - que requerem suporte por até 10 anos. Após a fase de inicialização, em execução até março de 2016 no âmbito do atual "Sétimo Programa-Quadro" da UE para a investigação (FP7), o trabalho continuará no próximo programa, 'Horizon 2020', com uma previsão de 50 milhões de euros por ano para o projeto Flagship.
O grafeno foi escolhido como carro-chefe na sequência de um concurso entre seis projetos-piloto para investigar as áreas com maior potencial de investimento sustentado. Como disse a senhora deputada Kroes:«A posição da Europa como superpotência do conhecimento depende de pensar o impensável e de explorar as melhores ideias. Esta competição multibilionária recompensa descobertas científicas nacionais e mostra que, quando somos ambiciosos, podemos desenvolver a melhor pesquisa da Europa. '
O piloto principal para grafeno, o projeto GRAPHENE-CA, analisou como os desenvolvimentos neste material à base de carbono poderiam revolucionar as TIC e a indústria. O projeto piloto estabeleceu um roteiro científico e tecnológico abrangente para servir de base para a agenda de pesquisa do GRAPHENE Flagship - cobrindo a eletrônica, spintrônica, fotônica, plasmônica e mecânica, e áreas de apoio como produção de grafeno e química. E esta foi a base sobre a qual foi selecionado.
Agora o carro-chefe está instalado e funcionando, já compreende uma equipe de pesquisa de alcance estonteante. Existem universidades de Louvain, na Bélgica, Aalto na Finlândia, Lille e Estrasburgo na França, Bremen, Chemnitz, Dresden e Hamburgo na Alemanha, Ioannina na Grécia, Dublin na Irlanda, Trieste na Itália, Minho em Portugal, Barcelona e Castilla-La Mancha na Espanha, Basel, Genebra e Zurique na Suíça, Delft e Groningen na Holanda, e Cambridge, Manchester e Oxford no Reino Unido. Estes são complementados por politécnicos e institutos de tecnologia da Áustria, Dinamarca, França, Alemanha, Grécia, Itália, Polônia, Espanha, Suécia e Suíça. Além disso, existem parceiros industriais, como a Nokia, Thales, Alcatel Lucent, Tecnologia Philips, Airbus e ST Microelectronics. E essa lista representa apenas parte das organizações participantes.
A missão deles é levar grafeno, e materiais em camadas relacionados, dos laboratórios acadêmicos à sociedade - revolucionando múltiplas indústrias e criando crescimento econômico e novos empregos na Europa.
'A Comissão, e todos os parceiros acadêmicos e industriais da Flagship Graphene, estão todos juntos nisso. É um compromisso incomum de longo prazo, e haverá desafios, sejamos claros sobre isso, 'disse Carl-Christian Buhr, membro do gabinete da Sra. Kroes. «Precisamos de introduzir a indústria de forma a que as ideias sejam aceites e conduzam a novos produtos e mercados. Essa é a ideia da Nave-capitânia.
De fato, inclui um conjunto abrangente de atividades complementares para conseguir isso, tal como:
Um tipo de projeto ERA-NET, FLAG-ERA, para apoiar o Flagship na coordenação de iniciativas nacionais de pesquisa em grafeno.
Primeiros resultados
Algumas das pesquisas de grafeno financiadas anteriormente pela UE já estão produzindo. O projeto GRAND (4), que terminou em dezembro de 2010, verificou se o grafeno ainda funcionaria maravilhas quando integrado com o processo CMOS de silício.
Liderado pela AMO na Alemanha, a equipe do projeto decidiu avaliar se o grafeno realmente poderia trazer a tecnologia de semicondutor convencional para a era "Além do CMOS". O consórcio GRAND desenvolveu maneiras de fabricar nanoestruturas de grafeno bidimensionais (com larguras de apenas 5 nm) para uso em componentes eletrônicos. Era importante mostrar que não apenas esses componentes podiam funcionar, mas que eles poderiam ser fabricados de uma forma que pudesse ser dimensionada para quantidades industriais.
Como resultado, a equipe projetou um novo tipo de transistor - com o conceito publicado na renomada revista Cartas de Física Aplicada - que poderia abrir novas rotas para dispositivos eletrônicos e optoeletrônicos de alta velocidade baseados em grafeno.
Como parte do projeto GRAND, o grafeno também foi integrado a um dispositivo de memória não volátil que pode ser reduzido a tamanhos moleculares - uma memória de grafeno medindo apenas 1x1 nm que retém as informações armazenadas mesmo quando a energia é desligada. A equipe fabricou mais de 10 desses dispositivos - indicando sua escalabilidade.
Liderado pela Chalmers University of Technology, Suécia, o projeto CONCEPTGRAPHENE se propôs a desbloquear o potencial de deposição de uma fina camada de grafeno em uma base de carboneto de silício (SiC) - com o objetivo de desenvolver eletrônica escalável com aplicações potenciais em 'spintrônica' e dispositivos de medição ultra-precisos. A equipe trabalhou na fabricação de wafers de grafeno em grande escala que permitiriam que dispositivos eletrônicos de alta densidade fossem fabricados em um único wafer de silício. Esse tipo de tecnologia será necessário para a fabricação industrial em grande escala de componentes e dispositivos baseados em grafeno de uma forma que seja compatível com as técnicas atuais da indústria.
Tendo terminado em setembro de 2013, o projeto lançou uma empresa start-up que produzirá wafers de grafeno. Graphensic AB está localizado em Linköping, Suécia. A empresa é um spin-off da Linköping University e produz de alta qualidade, altamente uniforme, grafeno em carboneto de silício (SiC) usando um 'processo de grafeno de alta temperatura' patenteado - um método de crescimento que produz uma camada fina de grafeno, até mesmo uma única camada de átomos, no SiC.
Mais de onde isso veio
Mas o grafeno não é o único material inovador que poderia transformar a eletrônica - o projeto 2D-NANOLATTICES, terminando em maio de 2014, está trabalhando em outras estruturas de rede molecular semelhantes ao grafite com base em diferentes elementos. Esses 'nanolattices' também têm grande potencial para pavimentar o caminho para cada vez menores, e mais poderoso, dispositivos nanoeletrônicos. Em particular, 'siliceno' (ou 'germaneno'), o equivalente de silício ou germânio do grafeno, se eles existem, pode oferecer melhor compatibilidade com o processamento de silício.
Led by the National Center for Scientific Research 'Demokritos', in Greece, the project team aims to find ways to induce and stabilise the silicon and germanium and prove for the first time that silicene has a physical existence. By producing alternating layers weakly bonded between one another, each consisting of a single layer of atoms, this new material could serve as the elements of gates and other components in new, miniaturised 2D semiconductors.
Perhaps we are still in the early stages, but these look to be the first steps in a transformation of the way electronics devices are made - and in their abilities - with the potential to similarly transform the European high-tech industry and economy.
