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密歇根理工大学华裔科学家将石墨烯和氮化硼纳米管结合 制成全新混合数字开关
密歇根理工大学华裔科学家将石墨烯和氮化硼纳米管结合 制成全新混合数字开关
来源:物理学家组织网 | 2015/8/16 7:36:04 | 浏览:939 | 评论:0

密歇根理工大学华裔科学家将石墨烯和氮化硼纳米管结合 制成全新混合数字开关

氮化硼纳米管和石墨烯的化学结构是制备新型数字开关的关键。

  科学家将石墨烯和氮化硼纳米管结合,制成全新的混合数字开关,可作为电子产品中控制电流的基本元件。未来有望借此制成不含硅半导体的晶体管,让计算机、手机、医学设备和其他电子产品的速度更快、体积更小。


  石墨烯可“变身”为各种独特的材料,氮化硼纳米管也可被加工成各种生物和物理材料,但这两种材料却没有在电子界取得一席之地:石墨烯导体中电子释放太快,无法控制电流;氮化硼纳米管单独存在时甚至是不能导电的绝缘体。

  美国密歇根理工大学物理学家叶玉金(音译)领导他的团队将上述两种材料的化学结构放大,找到其不匹配性,最终成功开发出全新的混合数字开关。他们在单分子层石墨烯表面蚀刻出许多小针孔,然后往针孔内引入氮化硼纳米管,融合后的混合材料看起来就像一层树皮上长着不规则的稀薄头发。

  由于化学结构的不匹配,两种材料的结合点处会出现能隙的不匹配:石墨烯薄层导电快,而纳米管内的原子结构会阻止电子流动,混合材料因此具有了能隙差(势垒)。这些能隙差成为调控并阻止电子流动的关键。两种材料之间的接触点被称为“异质结”,这些异质结就是数字开关。

  研究证明,新型混合开关具有更高的转换系数,其开关速度比现有石墨烯转换器高几个数量级,这将加快电子产品和计算机的开发步伐。

  新型混合材料还能解决目前晶体管中硅半导体的两大短板:不能更小以及大量发热。另外,由于石墨烯和氮化硼纳米管具有相同的原子排列即位点匹配,新型数字开关还能避免电子流动分散的问题。电子只有朝同一个方向流动才能制造更大的电流,但经常有电子会偏离原来的方向,大大降低电流的强度和速度。而新型混合开关能控制高速前行电流中电子的方向,让偏离的电子回归正轨。

聂翠蓉)

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