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的問題，為納米電子學的未來發(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電性高而成為下一代電子應用的有用材料。他們說，現在丹麥的研究人員已經解決了開發(fā)有用和有效的石墨烯納米電子學方面的最大挑戰(zhàn)之一，為這些器件的未來設計鋪平了道路。

他們表示，DTU Physics和奧爾堡大學納米結構石墨烯中心的一個團隊通過弄清楚如何誘導帶隙來解決一個簡單但關鍵的問題，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重要。自動化技術東部是東海岸領先的自動化/機器人貿易展，提供微軟，IBM洛克希德馬丁等數百種最新的組件，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鍵，即使圖案中的微小不規(guī)則性也會破壞其性質。因此，雖然石墨烯的一個關鍵特性是它非常適合傳導電流，但是在石墨烯中制作圖案以匹配設計(例如電子設備)會引入如此多的“無序和污染，使其不再像石墨烯那樣”。領導這項研究的DTU物理學教授PeterBøggild說。

“這有點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。對于電子產品，這顯然是災難性的。”

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，提出了解決這個問題的方法，該材料是非導電的，通常用于保護石墨烯的性質。

接下來，他們使用一種稱為電子束光刻的技術來對下面的氮化硼和石墨烯的保護層進行圖案化，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，這種獨特的設計允許流動的電流比之前在這種小型石墨烯結構中報道的電流高1000倍。此外，該技術還使研究人員能夠控制石墨烯的帶結構，并設計它應如何表現，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，一些最微妙的量子電子效應在密集模式中存活 - 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計組件和設備 - 或者想出一些全新的東西 - 然后去實驗室并在實踐中實現它們。”

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

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

盡管使用石墨烯開發(fā)納米電子學仍然存在挑戰(zhàn)，但Bøggild表示，研究表明，科學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品的重要一步”。

“石墨烯是一種奇妙的材料，我認為它將在制造新的納米級電子產品中發(fā)揮關鍵作用，”他補充道。

Elizabeth Montalbano是一位自由撰稿人，撰寫了20多年的技術和文化。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村莊。