石墨烯和氮化硼的組成可能是新電子產(chǎn)品的關(guān)鍵

      自從石墨烯被發(fā)現(xiàn)以來，研究人員一直試圖利用這種材料來制造納米尺寸的電子產(chǎn)品。然而，由于石墨烯只有一個原子厚度，所有原子都暴露在大氣中，即使少量的瑕疵和雜質(zhì)也會阻礙其性能。目前， 研究人員通過屏蔽石墨烯和六角形氮化硼絕緣層來解決這一問題，六角形氮化硼是另一種具有絕緣特性的二維（2D）材料。

      石墨烯旗艦研究人員解決了使石墨烯納米電子有效的挑戰(zhàn)之一：將石墨烯切割成納米級尺寸而不破壞其電性能。這使得它們能夠?qū)崿F(xiàn)比先前針對類似結(jié)構(gòu)所實(shí)現(xiàn)的高出幾個數(shù)量級的電流。這項(xiàng)工作表明，未來電子產(chǎn)品所需的量子傳輸特性可以縮小到納米尺寸。

      Graphene旗艦合作伙伴DTU的科學(xué)家，該論文的合著者PeterB?ggild解釋說，盡管“石墨烯是一種非常棒的材料，可以在制造新的納米級電子產(chǎn)品中發(fā)揮關(guān)鍵作用，但仍然極難控制其電氣特性。 “自2010年以來，DTU的研究人員試圖通過制作非常精細(xì)的孔圖案來改變石墨烯的電性能，從而創(chuàng)造出電力可以輕易流動的通道?！皠?chuàng)造納米結(jié)構(gòu)石墨烯變得非常困難，因?yàn)榧词购苄〉腻e誤也會消除我們設(shè)計(jì)的所有屬性，” B?ggild說。

      目前，石墨烯旗艦合作伙伴DTU的科學(xué)家們?nèi)〉昧司薮筮M(jìn)步。Bjarke Jessen和Lene Gammelgaard用另一種2D材料（六方氮化硼）封裝了石墨烯，這與石墨烯非常相似，但是電絕緣。然后，他們使用納米光刻技術(shù)，通過氮化硼保護(hù)層小心地在石墨烯中鉆孔納米孔。孔的直徑約為20nm，并且孔以12nm的距離彼此分開。這種非凡的精度有利于通過石墨烯傳輸電流，石墨烯是光刻的納米石墨烯的常用數(shù)量的100-1000倍。

      “當(dāng)您使用石墨烯等材料制作圖案時，您需要這樣做才能改變其屬性。然而，我們多年來看到的是，當(dāng)我們在這種精細(xì)尺度上塑造石墨烯時，它不再像石墨烯一樣 - 存在太多的混亂，“ B?ggild解釋道?！霸S多科學(xué)家已經(jīng)放棄了石墨烯中的納米光刻技術(shù)，但現(xiàn)在我們已經(jīng)找到了如何做到這一點(diǎn) - 你可以說詛咒被解除了，”他補(bǔ)充道。

      我們已經(jīng)證明，我們可以控制石墨烯的能帶結(jié)構(gòu)，納米電子的確定性設(shè)計(jì)是切合實(shí)際的。僅僅看電子學(xué)，這意味著我們可以制造絕緣體，晶體管，導(dǎo)體甚至超導(dǎo)體，因?yàn)槲覀兊募{米光刻技術(shù)可以保留最近顯示出導(dǎo)致雙層石墨烯超導(dǎo)性的微妙層間物理。然而，它遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了這一點(diǎn)。當(dāng)我們控制能帶結(jié)構(gòu)時，我們可以訪問所有石墨烯的屬性。換句話說，我們可以坐在電腦前，夢想其他應(yīng)用程序 - 然后去實(shí)驗(yàn)室讓它們發(fā)生。這里有許多實(shí)際挑戰(zhàn)，但事實(shí)上我們可以定制石墨烯的電子特性，這是朝著創(chuàng)造尺寸極小的新電子產(chǎn)品邁出的一大步。

      PeterB?ggild，研究共同作者兼科學(xué)家，DTU，Graphene旗艦店。

      通過納米圖案控制石墨烯的電子特性為電子和光子器件的設(shè)計(jì)提供了額外的自由度，這是迄今為止無法獲得的。來自Graphene旗艦合作伙伴DTU及其同事的研究人員現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)了一種獨(dú)特的石墨烯納米圖案化方法，而沒有看到圖案化引入缺陷的局限性。這是在實(shí)際器件中使用納米圖案誘導(dǎo)石墨烯的電子特性的關(guān)鍵使能步驟，并且基于這些結(jié)果我們期待特別是納米電子學(xué)和光子學(xué)的顯著進(jìn)步。

      Daniel Neumaier，石墨烯旗艦電子和光子集成部門負(fù)責(zé)人。

     Graphene旗艦的科技官員及其管理小組主席Andrea C. Ferrari補(bǔ)充說，“ 用石墨烯制作圖案以制作納米電子器件是首次嘗試將這種獨(dú)特材料用于器件的方法之一。然而，在最初的一系列出版物之后，產(chǎn)生的損害程度如此之大，以至于這一系列的研究幾乎完全被拋棄了。這里展示的工作展示了旗艦的長期性質(zhì)如何使科學(xué)家們能夠追求和解決甚至顯而易見的棘手問題。這將重新激發(fā)對石墨烯納米電子學(xué)的興趣，并可能導(dǎo)致各種有用的器件，這些器件先前受到缺陷的阻礙?！?br />