新型石墨烯半導體或顛覆電子學(xué)

這種超材料表現優(yōu)異，超越硅，可能引領(lǐng)電腦速度的革命。

全球首個(gè)功能性石墨烯半導體表現出色，超越了硅制半導體，這表明這種超材料可能是計算的未來(lái)。

背景：材料的導電性可根據其導電能力進(jìn)行分類(lèi)。如果電子能夠輕松通過(guò)它流動(dòng)，它是“導體”；如果不能，它是“絕緣體”。在這兩者之間是“半導體”，這種材料在特定條件下可以很好地導電。

這一特性使半導體成為計算的支柱——通過(guò)使用半導體材料硅制造微芯片，我們可以輕松地控制電流何時(shí)流動(dòng)或不流動(dòng)，從而以計算機的語(yǔ)言發(fā)送“1”和“0”。

石墨烯半導體：然而，在計算芯片中，硅已經(jīng)達到了其性能極限，因此在尋找替代材料的過(guò)程中，由喬治亞理工物理教授領(lǐng)導的團隊正在密切關(guān)注石墨烯，這是一種超強的二維碳形式。

“我們的動(dòng)力是希望將石墨烯的三種特殊性質(zhì)引入到電子學(xué)中，”德·赫爾說(shuō)?！斑@是一種非常堅固的材料，可以處理非常大的電流，而且可以在不發(fā)熱和崩解的情況下完成?！?/p>

問(wèn)題在于石墨烯并非天然的半導體。

有何新發(fā)現？通過(guò)過(guò)去的研究，德·赫爾的團隊發(fā)現了如何在碳化硅晶片上生長(cháng)石墨烯，并經(jīng)過(guò)多年的改進(jìn)，他們找到了如何讓石墨烯表現出半導體特性的方法。

在他們最新的研究中，發(fā)表在《自然》雜志上，他們演示了如何“摻雜”石墨烯半導體以利用原子創(chuàng )建晶體管，即控制芯片中電流流動(dòng)的開(kāi)關(guān)之一。

“我們對研究石墨烯電子學(xué)的動(dòng)力已經(jīng)存在很長(cháng)時(shí)間，其余的只是讓它發(fā)生，”德·赫爾說(shuō)?！拔覀儽仨殞W(xué)會(huì )如何處理材料，如何使其變得越來(lái)越好，最終如何測量其性能。這花了很，很長(cháng)時(shí)間?！?/p>

根據他們的測試，電子通過(guò)石墨烯半導體的流動(dòng)比硅制半導體更為容易，這表明這種方法可能導致更快的計算機。

“這就像在碎石路上行駛與在高速公路上行駛，”德·赫爾說(shuō)?！八咝?，不會(huì )發(fā)熱那么多，而且可以實(shí)現更高的速度，以便電子可以更快地移動(dòng)?！?/p>

展望未來(lái)：電子行業(yè)不會(huì )一夜之間放棄硅而轉向石墨烯（或任何其他材料），當他們確實(shí)進(jìn)行變革時(shí)，性能并非唯一的考慮因素——成本、耐用性、制造便捷性等都將起到作用。

然而，德·赫爾相信，當下一次電子領(lǐng)域的重大轉變發(fā)生時(shí)，石墨烯將處于其中心。

“石墨烯是下一個(gè)步驟，”他說(shuō)?！罢l(shuí)知道在那之后會(huì )發(fā)生什么步驟，但石墨烯有很大可能在接下來(lái)的50年中成為典范?！?/p>