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三明治結構可減少(shǎo)石墨烯晶體管電子泄露(lù)

發布時間(jiān):2012-02-08 作者: 來源: 瀏覽:289459

      據英國《新科學家》雜誌網站2月(yuè)3日(北京時間)報道,石墨烯令人驚奇(qí)的導電性幫助(zhù)英國(guó)科學家摘(zhāi)得2010年諾貝(bèi)爾物理學獎的(de)桂冠,但這也讓科學家用石墨烯製(zhì)造晶體管(guǎn)變(biàn)得困(kùn)難(nán)重重,現在,科學(xué)家(jiā)們在《科學》雜誌撰文指出,一種新方法可讓石墨烯(xī)內的電子(zǐ)不再平滑流動,從而(ér)大大減少電子泄(xiè)露(lù),有望讓以石墨烯為基(jī)礎製造(zào)的超快(kuài)計算機離我們更近。

      石墨烯是從石墨(mò)材料中剝離出來的由碳原子組成的二維晶體。它隻有(yǒu)一層碳原子的厚度,是目前世界上最薄的材料(liào)。英國曼徹斯特大學的教授安德烈?海姆和同事康斯坦丁?諾沃肖洛(luò)夫2004年在世界上最早製作出石(shí)墨烯,並因此共同(tóng)摘得2010年諾(nuò)貝爾物理學獎的桂冠。

      與矽相(xiàng)比,石墨烯能讓電子更順(shùn)暢地(dì)流動。科學家們也(yě)對其寄予厚望,認為(wéi)其(qí)可以製造出能以前所未有的速度運(yùn)行的計算機電路。諾沃肖洛夫表示:“石墨烯(xī)是一(yī)種相(xiàng)當有潛力的材料。”

      但石墨烯內電子的平滑(huá)流動也產生了一(yī)個問題。為了執行計算,計(jì)算機需要能自由地打開和關閉(bì)其電流中電子的流(liú)動。打開和關閉以便調節電子(zǐ)流(liú)動的“門(mén)”被稱為晶體管。當晶體(tǐ)管處(chù)於“關閉”狀(zhuàng)態時,電子會泄露出來。為此,科學家們(men)也嚐試了很多解決辦(bàn)法,包括將電子限製到(dào)單(dān)層石(shí)墨烯內,但仍然存在泄露。

      現在,諾沃肖洛夫和同事找到了一種克服(fú)泄露問(wèn)題的方法,那就是讓(ràng)一層二硫化鉬(mù)位於兩(liǎng)層石墨烯之間(jiān)組成三(sān)明治的形式,他們發現,這樣得(dé)到的石墨烯“三明治”晶體管能(néng)有效地減少電子泄露。科學家們表(biǎo)示,這一層二硫化鉬扮演著絕緣體的角色,它能(néng)阻止電子采用(yòng)正常的方式從一層石墨烯流到另一(yī)層石墨烯,這就形成了“關閉”狀態。另一(yī)方麵,量子力學效應使得少數電子能“隧穿”過二硫(liú)化鉬。施加電(diàn)壓會讓電子的能量增強,使得能發生“隧(suì)穿(chuān)”的電子越來越多,導致(zhì)一個相當大的電流開始形成,這就是“開啟(qǐ)”狀(zhuàng)態。通(tōng)過改變電壓,研究人員能打開和關閉電流,使這一“三明治”設(shè)備“變身”為一塊晶體(tǐ)管。

      諾沃肖洛夫表示,同以前用石墨烯製造的晶體管相比,新的(de)石墨烯“三明治”晶體管能將電子泄漏減少十分之一。該研究團隊聲稱,通過增加(jiā)絕緣體層的厚度能在未來進一步減少電子的泄漏。諾沃肖洛夫說:“這真的為我們的研究打開了(le)一扇新窗戶。”

    總編輯圈點

      膠帶加鉛筆,不(bú)僅成就了科技界最燙手的明星之一石墨烯,也讓曼城兩位科(kē)學家的名氣毫不亞於同城兩支綠茵豪門(mén)中的巨星大腕。然而,對於他(tā)們來說,發現石墨烯(xī)、獲得諾貝(bèi)爾獎,僅僅是遙遠征(zhēng)程的第(dì)一步??恐怕隻有到那些關於這種(zhǒng)神奇物質的美好願景(jǐng)一一成為現實的時候,才能算(suàn)是真正的功德圓滿。正因如此,像今天的“三明治”,幾個月前(qián)的“巨無霸漢堡”,他們的名(míng)字常常和這些研究成果一起見諸報端。這也再次說明,諾貝爾獎並不是“終(zhōng)身成就獎”,更不談科研工作者的終極追求。

 

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