新聞中心 / News

石墨烯變形記:《Nature》報道首次合成鋸齒形邊緣石墨烯納米帶

新一期《自然》雜志發布了EMPA(瑞士聯邦材料科學與技術實驗室)研究者的一項新技術,他們首次成功制造出具有完美“之字形邊緣”的石墨烯納米帶。電子元器件正在變得越來越小,用矽做半導體材料的傳統方式也逐漸接近了極限瓶頸。而石墨烯由于具有許多不可思議的特性,成為最有可能取代矽而成為新型半導體材料的“選手”。

然而,石墨烯要想被用于制造電子元器件——如場效應晶體管——就必須被“改造”成為一個半導體。為實現這一目标,科學家們進行了持續的探索。早在2010年, EMPA的Roman Fasel與德國馬普高分子研究所的Klaus Müllen、馮新亮等研究人員就發現,通過設計石墨烯的納米結構,使之變形為石墨烯納米帶後,它就具有了類似半導體材料的性質。近日,他們使用新開發的方法首次合成了具有完美之字形邊緣的石墨烯納米帶(ZGNR)。這種石墨烯納米帶隻有幾個納米寬,并且具有精确形狀的邊緣。在邊緣上的電子展示出不同的、并且是耦合的旋轉方向。這種技術将來可以使得“石墨烯納米帶”成為未來應用的電子元器件的新材料。

EMPA的研究人員介紹了怎樣成功地用合适的碳先導分子和一種完美的制程來合成這種石墨烯納米帶。其中,讓“之字形邊緣”沿着納米帶長軸形成特殊的幾何結構這一步非常重要,因為這樣研究者就可以通過調整其幾何結構及邊緣結構,給石墨烯納米帶賦予不同的性能。

        石墨烯納米帶的圖案模闆:據帶子軸線的方向,石墨烯納米帶具有一個“扶手椅”邊緣(橙色)和一個“之字形”邊緣(藍色)。這種納米帶需要在特意設計過先導分子的某種金屬表面生成。因此要合成它,就需要先找到合适的先導分子。不同于有機化學(允許在形成一個純物質的過程中産生副産品),石墨烯納米帶的合成必須保證隻形成一種單一的物質。為此科學家們通過計算機模拟和實驗反複嘗試,終于得到了一個創造完美“之字形邊緣”石墨烯納米帶的“藍圖”:即通過一種U形的分子,共同生長形成一個蛇形和附加的甲基組,從而完成“之字形邊緣”。
  為了檢查這個之字形邊緣是否精确到原子,研究者們用原子力學顯微鏡考察了原子結構。此外,他們還可以運用“掃描隧道光譜學”(STS)的方法來刻畫“之字形邊緣”的電子狀态。
這項新技術展現了一個非常有前途的特征——電子内在自旋。沿着之字形邊緣石墨烯納米帶的每個邊緣,電子全部朝着同一個方向旋轉(“鐵磁體耦合”現象),而同時另一側的全部電子朝着相反方向旋轉(“逆鐵磁體耦合”現象)。這樣在納米帶邊緣就形成了兩個獨立的但方向相反的旋轉通道。
         在此基礎上,通過整合邊緣上的結構缺陷,或通過從外部供應電、磁或光信号,把旋轉屏障和濾波器設計成根據能量打開或關閉,就能得到一個納米級的、非常節能的晶體管雛形,同理,它也能用于制造其他自旋電子設備。這種結合促使科學家們預見到一種全新的元器件,例如可尋址的磁性數據存儲設備,它可以在關閉電源之後仍然保存之前輸入的數據信息。
一旦這項有關“之字形邊緣”石墨烯納米帶的技術能獲得實際運用,現在以矽為基礎的電子器件體積和能耗都或将大幅縮小,從而給我們的生活帶來重大改變。
來源:江南石墨烯研究院、萬花鏡、X-Mol(文章來源于網絡,不并代表本網站觀點,僅供大家閱讀)

相關文章

免费观看在线污污的视频,免费视频在线观看