控制石墨烯的纳米电子特性

丹麦的研究人员解决了控制石墨烯性质的问题，为纳米电子学的未来发展铺平了道路。研究人员早就知道石墨烯因其重量轻和导电性高而成为下一代电子应用的有用材料。他们说，现在丹麦的研究人员已经解决了开发有用和有效的石墨烯纳米电子学方面的最大挑战之一，为这些器件的未来设计铺平了道路。

他们表示，DTU Physics和奥尔堡大学纳米结构石墨烯中心的一个团队通过弄清楚如何诱导带隙来解决一个简单但关键的问题，即使用石墨烯来制造纳米电子，这对于制造晶体管和光电器件至关重要。自动化技术东部是东海岸领先的自动化/机器人贸易展，提供微软，IBM洛克希德马丁等数百种最新的组件，控制器和取放器。

历史问题一直是，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关键，即使图案中的微小不规则性也会破坏其性质。因此，虽然石墨烯的一个关键特性是它非常适合传导电流，但是在石墨烯中制作图案以匹配设计(例如电子设备)会引入如此多的“无序和污染，使其不再像石墨烯那样”。领导这项研究的DTU物理学教授PeterBøggild说。

“这有点类似于制造由于制造不良而部分堵塞的水管，”他说，“在外面，它可能看起来很好，但水不能自由流动。对于电子产品，这显然是灾难性的。”

与Bøggild，Bjarke Jessen和Lene Gammelgaard合作的两位博士后，首先将石墨烯封装在另一种二维材料 - 六方氮化硼中，提出了解决这个问题的方法，该材料是非导电的，通常用于保护石墨烯的性质。

接下来，他们使用一种称为电子束光刻的技术来对下面的氮化硼和石墨烯的保护层进行图案化，其中具有直径为约20纳米的密集阵列的孔。它们之间的孔只有12纳米;然而，孔的边缘的粗糙度小于1纳米，或十亿分之一米。

研究人员说，这种独特的设计允许流动的电流比之前在这种小型石墨烯结构中报道的电流高1000倍。此外，该技术还使研究人员能够控制石墨烯的带结构，并设计它应如何表现，这使得它们能够获得所有石墨烯的特性，并允许这种难以捉摸的带隙，Bøggild说。

“我们惊讶地发现，一些最微妙的量子电子效应在密集模式中存活 - 这是非常令人鼓舞的，”他解释道。“我们的工作表明，我们可以坐在电脑前设计组件和设备 - 或者想出一些全新的东西 - 然后去实验室并在实践中实现它们。”

研究人员在Nature Nanotechnology杂志上发表了一篇关于他们工作的论文。Bøggild说，这项研究给大多数科学家带来了新的希望，他们“早就放弃了在这种规模上用石墨烯进行纳米光刻技术”。

“纳米结构是开发石墨烯电子和光子学最令人兴奋的特征的重要工具，”他说。“现在我们已经弄清楚如何做到这一点;可以说诅咒被解除了。“

尽管使用石墨烯开发纳米电子学仍然存在挑战，但Bøggild表示，研究表明，科学家们可以定制石墨烯的电子特性，这是“创造极小尺寸新电子产品的重要一步”。

“石墨烯是一种奇妙的材料，我认为它将在制造新的纳米级电子产品中发挥关键作用，”他补充道。

Elizabeth Montalbano是一位自由撰稿人，撰写了20多年的技术和文化。她曾在凤凰城，旧金山和纽约市作为专业记者生活和工作。在空闲时间，她喜欢冲浪，旅游，音乐，瑜伽和烹饪。她目前居住在葡萄牙西南海岸的一个村庄。