石墨烯光速電子   有望帶來奈米級電晶體革命

編譯/高晟鈞

天然存在的雙層石墨烯既可以充當超導體,也可以充當絕緣體,這種雙重功能的特性很有可能徹底改變電晶體技術,幫助科學家開發高能效的奈米級電晶體。

石墨烯雙重功能的特性很有可能徹底改變電晶體技術,幫助科學家開發高能效的奈米級電晶體。圖取自 ScitechDaily

石墨烯的特性與挑戰

石墨烯(Graphene)又稱單層石墨,是在2004年首次由英國物理學家Andre Geim和Konstantin Novoselov成功從石墨材料中剝離出的單層碳原子材料。

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石墨烯特殊的結構形態,使其具備世界上最硬、最薄的特質,同時也具有很強的韌性、導電性和導熱性,是世界上導電性最好的材料,甚至還優於金屬銅。電子在其中的運動速度更是達到了光速的1/300,遠遠超過了電子在一般導體中的運動速度。這種獨特的特性使其成為製造更快、更節能電晶體的夢想材料。

然而,高性能的電晶體除了需要有「高導電」狀態外,還需要控制材料使其同時具「高絕緣」狀態。然而,在石墨烯中載流子(自由移動帶有電荷的物質微粒)速度下的切換並不容易實現。事實上,石墨烯本身通常不具有絕緣態,而這也成了限制其作為電晶體材料的主要原因。

巨大突破

哥廷根大學的研究團隊發現,以雙層形式存在於自然中的雙層石墨烯,其電子彷彿沒有任何質量一般,可以像光一樣傳播。此外,還可以透過施加垂直於材料的電場來改變這種情況,從而使雙層石墨烯絕緣。

這使得雙層石墨烯具備了電流「開關」的條件,有望成功製造成高效電晶體。研究人員的下一步是研究如何將雙層石墨烯從實驗室走入現實,並研究這種效應在其他技術領域的潛力。

資料來源:ScitechDaily

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