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- 發布時間2017-10-27 18:32
- 發布人金彩(cai)集團
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近(jin)日，《自然納米(mi)技術》（Nanoscale）在線發表了美國羅格斯大學的科學家們成功控制住石墨烯中不守規矩的電子運動的相關論述文章，實驗結果為在新型系統中以低能量損耗超高速傳輸電子鋪平了道路。該論文題為“Tuning a circular p–n junction in graphene from quantum confinement to optical guiding”。
石(shi)墨(mo)烯能夠導電，不過，電子(zi)在石(shi)墨(mo)烯當中的(de)運(yun)動速度達到了光速的(de)1/300,遠遠超過(guo)了電子(zi)(zi)(zi)在一(yi)(yi)般導體中(zhong)(zhong)的(de)(de)運動速度.這(zhe)(zhe)使得(de)石(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)中(zhong)(zhong)的(de)(de)電子(zi)(zi)(zi),或更(geng)準(zhun)確地,應(ying)稱為(wei)“載荷子(zi)(zi)(zi)”在這(zhe)(zhe)種材(cai)料當(dang)中(zhong)(zhong)“狂野不羈”，無法被控(kong)制(zhi)。現在，美國(guo)羅(luo)格斯大(da)學(xue)(xue)(xue)(xue)新(xin)布(bu)朗斯維克分校的(de)(de)科(ke)學(xue)(xue)(xue)(xue)家打(da)破了這(zhe)(zhe)種局限性，他們(men)成功了控(kong)制(zhi)住了石(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)中(zhong)(zhong)不守規矩的(de)(de)電子(zi)(zi)(zi)運動，這(zhe)(zhe)為(wei)石(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)納米級晶體管的(de)(de)出現鋪平了道(dao)路。羅(luo)格斯大(da)學(xue)(xue)(xue)(xue)藝術(shu)和科(ke)學(xue)(xue)(xue)(xue)學(xue)(xue)(xue)(xue)院物理與天文(wen)學(xue)(xue)(xue)(xue)系科(ke)學(xue)(xue)(xue)(xue)家Eva Y. Andrei說：“我們(men)可以電控(kong)石(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)中(zhong)(zhong)的(de)(de)電子(zi)(zi)(zi)，過(guo)去(qu)，我們(men)無法做到這(zhe)(zhe)一(yi)(yi)點，因此，石(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)一(yi)(yi)直無法成為(wei)晶體管材(cai)料。”
石墨烯(xi)當中的(de)電流運動圖(tu)像
石(shi)(shi)墨烯是(shi)鉛(qian)筆(bi)芯當(dang)中的(de)碳(tan)基(ji)石(shi)(shi)墨納米薄層。它的(de)強度遠(yuan)(yuan)遠(yuan)(yuan)超(chao)過鋼鐵，也是(shi)極好的(de)導體。但是(shi)，當(dang)電子(zi)通過石(shi)(shi)墨烯時，電子(zi)是(shi)以直(zhi)線(xian)方式進行，并且(qie)會保持高速(su)。電子(zi)在石(shi)(shi)墨烯當(dang)中如果碰到障礙(ai)，它們是(shi)不回頭的(de)，人(ren)們一直(zhi)在尋(xun)找如何控制或(huo)(huo)馴服這(zhe)些(xie)電子(zi)的(de)方法(fa)。科學(xue)家通過高科技(ji)顯(xian)(xian)微鏡發出電壓，在顯(xian)(xian)微鏡的(de)尖端產生(sheng)一個力場，其(qi)中俘獲石(shi)(shi)墨烯中的(de)電子(zi)或(huo)(huo)改變運動其(qi)軌跡(ji)，類似于鏡頭對(dui)光(guang)線(xian)的(de)影響。
通過一個(ge)尖銳(rui)的(de)尖端(duan)產生一個(ge)力場(chang)，可以捕獲石(shi)墨(mo)烯(xi)中的(de)電子(zi)，或(huo)者(zhe)改變它們(men)的(de)軌跡，類(lei)似(si)于透鏡(jing)對光線的(de)影響。Andrei表示(shi)，電子(zi)可以(yi)很容易(yi)被捕(bu)獲和釋放，從(cong)而提(ti)供(gong)了一種有效的(de)開關(guan)切換機(ji)制(zhi)。Andrei說：“你(ni)可以(yi)捕(bu)捉電子(zi)，而不會在石墨烯中產(chan)生(sheng)孔洞。如果改變電壓(ya)，你(ni)可以(yi)釋放電子(zi)，讓它(ta)們(men)隨意運動。”下一步，研究人員(yuan)將通過將極(ji)細的(de)線（稱為納米線），放在石墨烯頂部，并(bing)用電壓(ya)控(kong)制(zhi)電子(zi)來擴大控(kong)制(zhi)規模。
石墨烯具有廣(guang)闊(kuo)的應用前景(jing)
到目前(qian)為止，人類已經(jing)開(kai)發(fa)出的石(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)電(dian)子部件包括超(chao)快速(su)放(fang)大(da)器(qi)(qi)，超(chao)級電(dian)容器(qi)(qi)和超(chao)低電(dian)阻(zu)率電(dian)線(xian)。石(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)晶體管(guan)將是邁向全石(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)電(dian)子平(ping)臺重要的一(yi)步。其它基于(yu)(yu)石(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)的應用(yong)(yong)還包括超(chao)靈敏化(hua)學與生物傳感器(qi)(qi)，用(yong)(yong)于(yu)(yu)脫鹽和水凈化(hua)的過濾(lv)器(qi)(qi)。石(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)也可以用(yong)(yong)于(yu)(yu)平(ping)面柔(rou)性屏幕(mu)以及可噴涂和可印刷(shua)的電(dian)子電(dian)路開(kai)發(fa)。相關(guan)論(lun)文全文發(fa)表在(zai) Nature Nanotech.（DOI: 10.1038/nnano.2017.181）上。
來源(yuan)：江(jiang)南(nan)石(shi)墨烯研究(jiu)院、羅格(ge)斯(si)大學官網
