对超低功耗应用的完美开关器件的渴望导致了对新型微或纳米机电系统（M/NEMS）开关的研究。
悬挂石墨烯-hBN接触NEMS开关的鸟瞰图（上）和横截面图（下）示意图。图片来源：来自JAIST的Hiroshi Mizuta。
本研究以M/NEMS器件的优异性能为指导，如完全突然切换，零关断状态泄漏。它是恶劣和极端环境以及非常紧凑的占地面积的理想选择。
NEMS开关的悬挂元件通过所采用的电场进行机电移动，以固定与开关对应物的物理接触，从而固定了导电通道。
然而，众所周知，NEMS开关难以忍受的高开关电压是其在低功耗集成电路中实际使用的主要障碍。
特别是，由于表面粘附引起的不可逆开关故障，尚未说明超低功耗电路所需的具有高度紧凑开关尺寸的0.5 V以下开关电压。
此外，一旦在NEMS开关中产生物理接触，开关接触面积就会增加。这导致表面吸引力对机械恢复力的支配;因此，会发生永久性粘附。
为了成功识别用于超低功耗应用的NEMS开关，必须减小可移动悬浮材料的厚度，并且必须破坏ON状态下的开关触点粘附力以实现OFF状态。
由日本科学技术高级研究所（JAIST）的Manoharan Muruganathan博士（前高级讲师）和Hiroshi Mizuta教授领导的研究小组建议进行基于石墨烯的NEMS开关研究。
在NEMS开关中，开关电压与悬挂梁厚度成正比。单层石墨烯被认为是目前世界上最薄的材料。
此外，石墨烯在ON状态下显示出立方机械恢复力，这对于防止粘附至关重要。由于这一特殊特性，该研究小组根据双钳位悬挂石墨烯束以及开关端子处的六方氮化硼（hBN）触点跟踪石墨烯NEMS开关。
由于其范德华（vdW）键合性质，石墨烯与hBN的结合强度似乎较低。这将有助于克服NEMS开关的粘附问题，丹麦技术大学的研究员Ngoc Huynh Van博士说。
根据材料的特殊选择和NEMS开关设计，研究人员已经说明了超过50，000个热开关周期的低于0.5 V的开关特性。
此外，这种NEMS开关具有出色的开关特性，如~5 mV/dec的开关斜率。这是接近零的迟滞，开/关比>105，从而满足主流CMOS技术的需求。
这种NEMS开关将在多个传感器、NEMS器件、NEM-CMOS混合集成电路以及超低功耗应用中发挥至关重要的作用。
期刊参考文献：
Muruganathan, M., et al. (2022) Sub 0.5 Volt Graphene-hBN van der Waals Nanoelectromechanical Switches. Advanced Functional Materials. doi.org/10.1002/adfm.202209151.
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