控制石墨烯的納米電子特性

丹麥的研究人員解決了控制石墨烯性質(zhì)的問題，為納米電子學(xué)的未來發(fā)展鋪平了道路。研究人員早就知道石墨烯因其重量輕和導(dǎo)電性高而成為下一代電子應(yīng)用的有用材料。他們說，現(xiàn)在丹麥的研究人員已經(jīng)解決了開發(fā)有用和有效的石墨烯納米電子學(xué)方面的最大挑戰(zhàn)之一，為這些器件的未來設(shè)計(jì)鋪平了道路。

他們表示，DTU Physics和奧爾堡大學(xué)納米結(jié)構(gòu)石墨烯中心的一個(gè)團(tuán)隊(duì)通過弄清楚如何誘導(dǎo)帶隙來解決一個(gè)簡單但關(guān)鍵的問題，即使用石墨烯來制造納米電子，這對于制造晶體管和光電器件至關(guān)重要。自動(dòng)化技術(shù)東部是東海岸領(lǐng)先的自動(dòng)化/機(jī)器人貿(mào)易展，提供微軟，IBM洛克希德馬丁等數(shù)百種最新的組件，控制器和取放器。

歷史問題一直是，由于石墨烯是超薄的，只有原子厚度 - 材料中的所有原子都是如此關(guān)鍵，即使圖案中的微小不規(guī)則性也會(huì)破壞其性質(zhì)。因此，雖然石墨烯的一個(gè)關(guān)鍵特性是它非常適合傳導(dǎo)電流，但是在石墨烯中制作圖案以匹配設(shè)計(jì)(例如電子設(shè)備)會(huì)引入如此多的“無序和污染，使其不再像石墨烯那樣”。領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的DTU物理學(xué)教授PeterBøggild說。

“這有點(diǎn)類似于制造由于制造不良而部分堵塞的水管，”他說，“在外面，它可能看起來很好，但水不能自由流動(dòng)。對于電子產(chǎn)品，這顯然是災(zāi)難性的。”

與Bøggild，Bjarke Jessen和Lene Gammelgaard合作的兩位博士后，首先將石墨烯封裝在另一種二維材料 - 六方氮化硼中，提出了解決這個(gè)問題的方法，該材料是非導(dǎo)電的，通常用于保護(hù)石墨烯的性質(zhì)。

接下來，他們使用一種稱為電子束光刻的技術(shù)來對下面的氮化硼和石墨烯的保護(hù)層進(jìn)行圖案化，其中具有直徑為約20納米的密集陣列的孔。它們之間的孔只有12納米;然而，孔的邊緣的粗糙度小于1納米，或十億分之一米。

研究人員說，這種獨(dú)特的設(shè)計(jì)允許流動(dòng)的電流比之前在這種小型石墨烯結(jié)構(gòu)中報(bào)道的電流高1000倍。此外，該技術(shù)還使研究人員能夠控制石墨烯的帶結(jié)構(gòu)，并設(shè)計(jì)它應(yīng)如何表現(xiàn)，這使得它們能夠獲得所有石墨烯的特性，并允許這種難以捉摸的帶隙，Bøggild說。

“我們驚訝地發(fā)現(xiàn)，一些最微妙的量子電子效應(yīng)在密集模式中存活 - 這是非常令人鼓舞的，”他解釋道。“我們的工作表明，我們可以坐在電腦前設(shè)計(jì)組件和設(shè)備 - 或者想出一些全新的東西 - 然后去實(shí)驗(yàn)室并在實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)它們。”

研究人員在Nature Nanotechnology雜志上發(fā)表了一篇關(guān)于他們工作的論文。Bøggild說，這項(xiàng)研究給大多數(shù)科學(xué)家?guī)砹诵碌南Ｍ麄?ldquo;早就放棄了在這種規(guī)模上用石墨烯進(jìn)行納米光刻技術(shù)”。

“納米結(jié)構(gòu)是開發(fā)石墨烯電子和光子學(xué)最令人興奮的特征的重要工具，”他說。“現(xiàn)在我們已經(jīng)弄清楚如何做到這一點(diǎn);可以說詛咒被解除了。“

盡管使用石墨烯開發(fā)納米電子學(xué)仍然存在挑戰(zhàn)，但Bøggild表示，研究表明，科學(xué)家們可以定制石墨烯的電子特性，這是“創(chuàng)造極小尺寸新電子產(chǎn)品的重要一步”。

“石墨烯是一種奇妙的材料，我認(rèn)為它將在制造新的納米級(jí)電子產(chǎn)品中發(fā)揮關(guān)鍵作用，”他補(bǔ)充道。

Elizabeth Montalbano是一位自由撰稿人，撰寫了20多年的技術(shù)和文化。她曾在鳳凰城，舊金山和紐約市作為專業(yè)記者生活和工作。在空閑時(shí)間，她喜歡沖浪，旅游，音樂，瑜伽和烹飪。她目前居住在葡萄牙西南海岸的一個(gè)村莊。