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普渡大学博士生陈洪彦与教授研制出能在室温工作的石墨烯变频器
来源:美国物理学家组织网 | 作者:刘霞 | 2011/9/7 13:32:56 | 浏览:1176 | 评论:0

  美国科学家首次制造出能在室温下工作的石墨烯变频器,克服了用石墨烯制造电子设备时的重要障碍——能带隙。最新研究有望让科学家们用石墨烯制造出数字晶体管,从而大大扩展石墨烯在电子设备领域的应用。

  石墨烯是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的二维晶体,只有一层碳原子的厚度,是迄今最薄也最坚硬的材料,其导电、导热性能超强,远远超过硅和其他传统的半导体材料。很多科学家认为,石墨烯或能取代硅成为未来的电子元件材料,广泛应用于超级计算机、触摸屏和光子传感器等多个领域。但石墨烯没有对数字晶体管来说至关重要的能带隙,因此,用其制造数字设备会遇到很多问题。诸如硅等半导体中的电子具有价带和导带两种能级,其间的能隙被称为能带隙。拥有合适的能带隙能使晶体管被打开和关闭,从而使数字电路能用由0和1序列组成的二进制代码来存储信息。

  普渡大学的博士生陈洪彦(音译)与该大学布瑞克纳米技术研究中心主任、电子与计算机工程学教授约尔格·艾彭泽勒领导的研究团队首次制造出了一种能在室温下工作且“块头”更大的石墨烯变频器。此前也有其他科研团队用石墨烯制造出了变频器,但它们只能在77开氏度(零下196摄氏度)下工作。

  变频器是数字晶体管关键的基本元件,它使电子设备中的晶体管能放大信号并控制自己从0变到1。陈洪彦表示:“如果想用石墨烯制造数字设备,这个变频器至关重要,可克服石墨烯没有能带隙这个缺陷。”

  为了制造出电子设备,科学家必须在硅中掺杂杂质以改变其半导体性质,不过,这样的“掺杂”却很难用于石墨烯上。科学家研制出了静电掺杂,让新石墨烯变频器模拟硅变频器的性质,从而解决了这个问题。研究人员诱导静电掺杂穿过金属门(距石墨烯管道40纳米远)之间的电场,通过改变电压改变掺杂情况并测试掺杂程度,从而找到了最有效操作新石墨烯变频器的方法。

  迄今为止,石墨烯晶体管的应用范围一直比较受限,然而,新变频器让科学家们可制造出石墨烯晶体管,大大扩展其在包括计算机和消费电子设备在内的应用。

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  当两位英国科学家,凭着用胶带“粘”下来的那点石墨烯荣膺诺贝尔奖时,人们开始看到这种迄今厚度最薄和强度最高的材料身上所具备的无限潜能。然而与许多新材料问世之初的境遇相似,能带隙的缺失让石墨烯捅不破产业化应用这层薄纸。现在,静电掺杂技术砸开了这道桎梏。这意味着几十年以“硅”为王的旧时代或将终结,人们也得以允许自己对一个由石墨烯主导构建的未来信息化世界,展开丰富联想。

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