據物理學家組織網10月15日(北京時間)報道,英國(guó)曼徹(chè)斯特大學研究人員最新研究(jiū)顯示,把單原子層精確地堆(duī)疊(dié)起來(lái),有望造出大量新型材料和設備,石墨烯及有關單原子厚度晶體為此提供了廣(guǎng)闊的選擇。他們按照期望的順序,將石墨烯和氮化硼的(de)單原子層晶體一層壓一層地堆疊起來,構建出一種“多層糕”,可作為納米級的變壓器(qì)。相關論文發表在10月14日的《自然?物理學》雜誌(zhì)網(wǎng)站上。
自從2004 年首次被分離出(chū)來,石墨烯為許多領域帶來了徹底變革的可能(néng)。從智能手機、超快寬帶、計算機(jī)芯片到藥物遞送,石(shí)墨烯有望取(qǔ)代現有矽材料(liào)。該研究由曼徹斯特大(dà)學列昂尼德?波諾馬連科和諾貝爾獎得主安德烈?蓋姆領導,他們認為,人(rén)們尚未找到石墨烯真正大顯(xiǎn)身手的舞台,能發揮它們卓越屬性的新設備和新材料還沒發明出來。
在(zài)納米變壓器中,由於局部電場的作用,電子在一層金屬中移動時會對另一層金屬中的電(diàn)子產生拉力,這一現象稱為“庫侖拖曳”。而要利(lì)用(yòng)這一規(guī)律,需要將金屬一層層隔開,讓它們彼此絕(jué)緣,但分開的距離不能超過幾個原子間距。這種結構是許多複雜精細的新型電子和光子設備的基礎,包括許多晶體管和探(tàn)測器都(dōu)采(cǎi)用(yòng)這一新(xīn)結構。而現有材料做不到這一點,這對目前的納米技術而言是個巨大飛躍。
研究人員將石墨(mò)烯作為單原子導電平麵,將(jiāng)僅4個(gè)原(yuán)子(zǐ)薄的氮化硼作為電絕緣體。他們先從塊狀石(shí)墨中剝取了石墨烯平麵(miàn),並用同樣技術得到了氮化硼原(yuán)子層,然後用一種先進的納米技術,像拚裝“壘高”玩具那樣將石墨烯和氮化硼晶體一層層堆疊起來,按照期(qī)望的層麵順序組裝成新晶(jīng)體。
納米變壓器由曼徹斯特大(dà)學的羅曼(màn)?戈巴喬夫組裝,他描(miáo)述這種技術時說:“這就像《發條鋼跳(tiào)蚤的故事》裏的(de)情節,隻有用最高倍顯微(wēi)鏡才能看到跳蚤在跳舞(wǔ),甚(shèn)至還釘著極小的馬蹄鐵。我們的納米‘壘高’就是這種(zhǒng)技術的(de)進一步推(tuī)演。”
蓋姆補充說:“這一(yī)研究還證明了以原子的精(jīng)度一層層地搭建平(píng)麵,能造出有多種功(gōng)能的複雜設(shè)備。我們有一個完整的原子(zǐ)層材(cái)料庫,隻要將這些材料結合起來(lái),就可能創造出自然界中(zhōng)沒有的主要新材料,這條(tiáo)路的前景比石墨烯本身更令人興奮。”(記者(zhě)常(cháng)麗君)
總編輯圈點
隨著人們對宏觀世界的(de)物理規律日漸熟稔,有時越小意味著越(yuè)多(duō)驚喜(xǐ)。石墨(mò)烯便是承載諸多驚喜的微小事物之一。而石墨(mò)烯今天帶來(lái)的驚喜不僅僅源於科學研究(jiū)的突破,也離不開技術手段的(de)進步:如果說當日獲得石墨烯的辦法略顯討巧,那麽今日納米變壓器的成功卻離不開微(wēi)觀組裝技術的日漸精進(jìn)。微觀世界由此(cǐ)而生出的種種奇妙前景,顯然比石墨(mò)烯材料本身更值得人們期(qī)待。
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