15年來，科學(xué)家們一直試圖利用石墨烯這種神奇材料來制造納米級(jí)電子產(chǎn)品。石墨烯的超薄特性（原子級(jí)二維材料）賦予了它良好的導(dǎo)電性能。它或許是制造未來節(jié)能、高速電子產(chǎn)品的理想原材料。此外，石墨烯是由碳原子組成的，而碳原子的來源極為豐富。 從理論上講，研究人員可以通過微調(diào)石墨烯的內(nèi)部結(jié)構(gòu)達(dá)到改變其量子性質(zhì)的目的，進(jìn)而使其應(yīng)用于電子、光子學(xué)或傳感器等領(lǐng)域。然而，一項(xiàng)貌似“簡(jiǎn)單”的任務(wù)卻出人意料的困難——石墨烯作為原子級(jí)材料，其內(nèi)部的所有原子都非常關(guān)鍵，即使是極為微小的改變都會(huì)破壞其固有性質(zhì)。因此，研究人員無法制造出對(duì)晶體管和光電器件來講至關(guān)重要的“帶隙”。丹麥技術(shù)大學(xué)（Technical University of Denmark，下文簡(jiǎn)稱DTU）物理學(xué)教授Peter B?ggild說：“石墨烯是一種神奇的材料。雖然我們都認(rèn)為它將在未來新型納米電子產(chǎn)品的制造中發(fā)揮關(guān)鍵作用，但改造其電氣屬性實(shí)在太過困難?！盌TU和奧爾堡大學(xué)(Aalborg University，下文簡(jiǎn)稱AU)共建的納米結(jié)構(gòu)石墨烯中心成立于2012年，主要從事石墨烯材料設(shè)計(jì)和性能研究。然而，來自DTU和AU的研究團(tuán)隊(duì)和世界各地的其他研究人員一樣，都經(jīng)歷了同樣的失敗。 B?ggild 說：“在石墨烯上‘繪圖’是為了以一種可控的方式改變其性質(zhì)。然而，這些年來我們得到的結(jié)果是：結(jié)構(gòu)在得到調(diào)控的同時(shí)，也引入了大量的無序性和污染，使石墨烯喪失了本來的特性。這與制造水管有點(diǎn)相似，由于工藝粗糙，導(dǎo)致水流在水管中的流速很低。這對(duì)電子產(chǎn)品來說是災(zāi)難性的后果?！蹦壳埃珺?ggild等已經(jīng)解決了這個(gè)問題，相關(guān)結(jié)果發(fā)表于《自然·納米技術(shù)》雜志2月18日出版的論文中。 DTU物理系博士后Bjarke Jessen和Lene Gammelgaard首先將石墨烯封裝在另一種非導(dǎo)電二維材料（六方氮化硼）中，然后用電子束光刻技術(shù)在在氮化硼及其下方的石墨烯上刻畫出一排致密的超細(xì)孔。細(xì)孔的直徑約為20納米，孔間距為12納米，孔邊緣的粗糙度不足1納米。這使得電流的流動(dòng)速度比之前的報(bào)道提高了上千倍。 B?ggild補(bǔ)充說：“我們已經(jīng)證明，石墨烯的能帶結(jié)構(gòu)可以被人為設(shè)計(jì)和調(diào)控。微觀量子電子效應(yīng)在密集的孔徑中仍然存在，這是非常令人鼓舞的。因?yàn)殡y度太高，很多研究人員已經(jīng)放棄嘗試這種規(guī)模的石墨烯納米光刻技術(shù)，這很令人遺憾。現(xiàn)在，我們終于解除了石墨烯微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控的‘詛咒’，可以向進(jìn)一步調(diào)整石墨烯的電子特性繼續(xù)前進(jìn)了?！?/p> 編譯：雷鑫宇 審稿：alone 責(zé)編： 唐林芳 |
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