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在寻找基于石墨烯的电子产品方面取得突破

发布时间:2019-04-15 访问次数:570次 来源:印刷电子在线 分享:

15年来,科学家们一直试图利用“奇迹材料”石墨烯来生产纳米级电子学。在纸面上,石墨烯应该是非常好的:它是超薄的 - 实际上只有一个原子厚度因此是二维的,它非常适合传导电流,应该是未来形式更快的电子产品的理想选择。更节能。此外,石墨烯由碳原子组成 - 我们有无限供应。

理论上,石墨烯可以通过简单地在其中绘制微小图案来改变以执行许多不同的任务,例如电子,光子学或传感器,因为这从根本上改变了它的量子特性。一个“简单”的任务,结果令人惊讶的困难,是诱导带隙 - 这对于制造晶体管和光电器件至关重要。然而,由于石墨烯只是原子厚度,所有原子都很重要,甚至图案中的微小不规则也会破坏其性质。

“石墨烯是一种非常棒的材料,我认为它将在制造新的纳米级电子产品中发挥关键作用。问题是设计电气特性非常困难,”DTU物理学教授PeterBøggild说。

DTU和奥尔堡大学的纳米结构石墨烯中心成立于2012年,专门研究如何设计石墨烯的性质,例如通过制作非常精细的孔图案。这应该巧妙地改变材料中电子的量子性质,并允许定制石墨烯的性质。然而,DTU和奥尔堡的研究团队经历了与全球许多其他研究人员一样的经历:它没有用。

“当你用像石墨烯这样的材料制作图案时,你是这样做的,以便以受控的方式改变它的属性 - 以匹配你的设计。但是,我们多年来看到的是我们可以制造洞,但不是没有引入太多的紊乱和污染,它不再像石墨烯那样。它有点类似于制造水管,由于制造粗糙而流速很差。在外面,它可能看起来很好。对于电子产品,这是显然是灾难性的,“PeterBøggild说。

现在,科学家团队已经解决了这个问题。来自DTU Physics,Bjarke Jessen和Lene Gammelgaard的两位博士后,首先将石墨烯封装在另一种二维材料中 - 六角形氮化硼,这是一种非导电材料,通常用于保护石墨烯的特性。

接下来,他们使用一种称为电子束光刻的技术,用一系列密集的超小孔仔细地对下面的氮化硼和石墨烯保护层进行图案化。这些孔的直径约为。20纳米,它们之间仅有12纳米 - 然而,孔边缘的粗糙度小于1纳米或十亿分之一米。这允许比在这种小石墨烯结构中报道的电流多1000倍的电流。

“我们已经证明我们可以控制石墨烯的能带结构并设计它应该如何表现。当我们控制能带结构时,我们可以获得所有石墨烯的性质 - 我们惊讶地发现了一些最微妙的量子电子效应在密集的图案中存活 - 这是非常令人鼓舞的。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, “彼得·博格尔德说。他继续:

“许多科学家早就放弃了在石墨烯中进行纳米光刻的研究,并且很可惜,因为纳米结构是开发石墨烯电子学和光子学最激动人心的特征的关键工具。现在我们已经弄清楚它是如何完成的;人们可以说诅咒被解除了。还有其他挑战,但事实上我们可以定制石墨烯的电子特性是朝着创造尺寸极小的新电子产品迈出的一大步,“PeterBøggild说。

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