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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(jiǎn)單但關(guān)鍵的問題,即使用石墨烯來制造納米電子,這對(duì)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(duì)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(duì)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?,他?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。
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