石墨烯研究新進展：馴服「野蠻」的電子！

科技 10-25

導讀

最近，美國羅格斯大學新伯朗士威校區的科學家們已經研究出如何馴服石墨烯中那些「野蠻」的電子。這項研究為在新型系統中以低能量損耗超高速傳輸電子鋪平了道路。

關鍵字

石墨烯、電子、晶體管

背景

石墨烯，是一種性能卓越的特殊二維材料。2004年，科學家從石墨中成功剝離出石墨烯。此後，石墨烯由於其獨特的性能，一直都是科學界和工業界關注的熱點。

石墨烯具有單層碳原子組成的蜂窩狀結構，其厚度僅有人類髮絲直徑的百萬分之一，但強度卻勝過鋼鐵百倍，而其導電性能比銅更好，所以非常適用於電子器件。

雖然石墨烯是一種優良的導體，但是其中的電子運動得有些「野蠻」，當電子通過石墨烯時，仍然保持直線和高速，無法受到阻止和控制。這一問題阻礙了它進一步應用於半導體電子元器件。羅格斯大學藝術與科學學院物理和天文學系教授、論文的高級作者 Eva Y.Andrei 說：

「如果遇到障礙，它們無法折回，必須強行通過。人們一直在想辦法控制和馴服這些電子。」

石墨烯研究新進展：馴服「野蠻」的電子！

（圖片來源：石墨烯旗艦項目）

創新

科學家們一直在努力嘗試解決這一問題。美國羅格斯大學新伯朗士威校區（Rutgers University-New Brunswick ）的科學家們已經研究出如何馴服石墨烯中那些「野蠻」的電子，為在新型系統中以低能量損耗超高速傳輸電子鋪平了道路。

石墨烯研究新進展：馴服「野蠻」的電子！

（圖片來源：Yuhang Jiang / 羅格斯大學新伯朗士威校區）

技術

據 Andrei 稱，她的團隊希望通過具有極度敏銳的探頭（如同一個原子般大小）的高科技顯微鏡發送電壓，馴服這些「野蠻」的電子。他們通過掃描隧道顯微鏡發送電壓，創造出一個類似光學系統的東西，而掃描隧道顯微鏡可提供原子級的表面3D視圖。

這些顯微鏡敏銳的探頭創造出一個力場，囚禁住石墨烯中的電子，或者改變它們的軌跡，這有點類似於鏡頭對於光線的改變。電子被輕易地囚禁和釋放，從而提供一種開關機制。她說：

「你無需在石墨烯中打洞，就可以囚禁電子。如果你改變電壓，你可以釋放電子。所以你可以隨意地抓住和釋放它們。」

價值

Eva Y. Andrei 表示：

「該研究顯示我們能夠以電氣方式控制石墨烯中的電子。我們以前無法做到這點。這就是為什麼人們認為無法製造出類似晶體管的設備（這樣的設備需要石墨烯中的開關），原因是其中的電子會失去控制。」

Andrei 稱，現在用石墨烯製造出納米級晶體管將不再是不可能的。迄今為止，石墨烯電子元件包括了超高速的放大器、超級電容、超低電阻率電線。石墨烯晶體管的加入，將成為朝著全石墨烯電子平台邁出的重要一步。基於石墨烯的其他應用包括超靈敏的化學和生物感測器、用於脫鹽和凈化水的過濾器。石墨烯也被開發出為扁平的柔性屏幕以及可繪畫可印刷的電子電路。

石墨烯研究新進展：馴服「野蠻」的電子！