制造超高速电子元件

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  多年来,研究人员把石墨烯吹捧为下一代高速电子技术的神奇材料,但是到目前为止还没有证明其可行性。现在一种新的制造碳纳米带(石墨烯的结构单元)的方法,可能引起向超高速石墨烯部件的转变。
  新的方法涉及分子级的构造,该方法来自位于瑞士的马普学会高分子研究所(Max Planck Institute for Polymer Research)的研究人员。有了原子级别的精度,研究人员可将石墨烯纳米带做成约1纳米的宽度。
  厚度为一个分子的碳材料叫做石墨烯,它的性能在各方面都超过目前用在电子元件中的硅。它的导电性比硅好,更容易弯曲,也更薄。用石墨烯替代硅可以制造出更快、更薄、更强大的电子设备。但是,除非石墨烯片的宽度小于10纳米,且边缘是整洁的,否则它们不具备电子特性,这正是制造商用它们制造晶体管、开关、二极管等电路中的重要元件时需要的特性。
  瑞士的团队通过在加热的金箔上引发分子级的化学反应来构造这些微小的石墨烯带。这便于他们精确地控制纳米带的宽度和边缘的形状。分子在金的表面排成长纤维状。加热表面时,紧挨着的条相互连接融合形成1纳米左右的带状结构,形成一致的锯齿状边缘。
  “这样做的好处就在于可以精确到原子级别,”该研究的联系人罗曼-法塞尔(Roman Fasel)说,“不是切割,而是聚集。”
  其他制造纳米带的方法包括从一块较大的片上剥下石墨烯条,用光刻技术进行蚀刻,或者拉开圆柱状的碳纳米管。但是这样的纳米带更厚,而且边缘形状是随机的。
  “对于纳米带,能控制边缘形状的就是赢家。”莱斯大学的石墨烯专家詹姆斯·图尔(James Tour)说。他没有参与这项研究。他说, “现在还无法做到用一块大的石墨烯,以这样的控制水平将其劈开。”
  “这种纳米带将丰富并开启石墨烯电子科技新的潜力。”位于纽约的IBM托马斯·J沃森研究中心研究员林玉明(Yu-Ming Lin)说,他从事以石墨烯为基础的晶体管研究工作。
  将石墨烯纳米带投入实际应用还有很长的路要走,图尔说: “下一步是做出一些元器件。这并不难做到,全体一致地朝这个方向前进。”
  图尔表示,法塞尔及其团队的化学方法的成功能鼓励更多的研究调整步伐,以便这种质量的纳米带能大规模进行生产。例如,现在研究人员能用更好的边缘结构和新纳米带的电子特性进行实验,测试一些迄今为止只能在计算机上模拟的理论。
  “这只是指明了一个方向,而不是最终的结果。”乔治亚理工学院的研究人员沃尔特-德·希尔(WMter de Heer)说。他研发了在硅片上培育石墨烯的方法。他表示: “在通往石墨烯电子科技的漫长道路上,这是跨出的第一步。”
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