據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)9月7日(北京時間)報道，美國科學(xué)家首次制造出能在室溫下工作的石墨烯變頻器，克服了用石墨烯制造電子設(shè)備時的重要障礙——能帶隙。最新研究有望讓科學(xué)家們用石墨烯制造出數(shù)字晶體管，從而大大擴展石墨烯在電子設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用。
石墨烯是從石墨材料中剝離出來、由碳原子組成的二維晶體，只有一層碳原子的厚度，是迄今最薄也最堅硬的材料，其導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能超強，遠遠超過硅和其他傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料。很多科學(xué)家認為，石墨烯或能取代硅成為未來的電子元件材料，廣泛應(yīng)用于超級計算機、觸摸屏和光子傳感器等多個領(lǐng)域。但石墨烯沒有對數(shù)字晶體管來說至關(guān)重要的能帶隙，因此，用其制造數(shù)字設(shè)備會遇到很多問題。諸如硅等半導(dǎo)體中的電子具有價帶和導(dǎo)帶兩種能級，其間的能隙被稱為能帶隙。擁有合適的能帶隙能使晶體管被打開和關(guān)閉，從而使數(shù)字電路能用由0和1序列組成的二進制代碼來存儲信息。
普渡大學(xué)的博士生陳洪彥(音譯)與該大學(xué)布瑞克納米技術(shù)研究中心主任、電子與計算機工程學(xué)教授約爾格·艾彭澤勒領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊首次制造出了一種能在室溫下工作且“塊頭”更大的石墨烯變頻器。此前也有其他科研團隊用石墨烯制造出了變頻器，但它們只能在77開氏度(零下196攝氏度)下工作。
變頻器是數(shù)字晶體管關(guān)鍵的基本元件，它使電子設(shè)備中的晶體管能放大信號并控制自己從0變到1。陳洪彥表示：“如果想用石墨烯制造數(shù)字設(shè)備，這個變頻器至關(guān)重要，可克服石墨烯沒有能帶隙這個缺陷。”
為了制造出電子設(shè)備，科學(xué)家必須在硅中摻雜雜質(zhì)以改變其半導(dǎo)體性質(zhì)，不過，這樣的“摻雜”卻很難用于石墨烯上。科學(xué)家研制出了靜電摻雜，讓新石墨烯變頻器模擬硅變頻器的性質(zhì)，從而解決了這個問題。研究人員誘導(dǎo)靜電摻雜穿過金屬門(距石墨烯管道40納米遠)之間的電場，通過改變電壓改變摻雜情況并測試摻雜程度，從而找到了最有效操作新石墨烯變頻器的方法。
迄今為止，石墨烯晶體管的應(yīng)用范圍一直比較受限，然而，新變頻器讓科學(xué)家們可制造出石墨烯晶體管，大大擴展其在包括計算機和消費電子設(shè)備在內(nèi)的應(yīng)用。
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