国际研究团队展示全碳薄膜中纳米级晶体管的潜力
哥廷根大学领导的一个国际研究小组通过实验证明，自然形成的双层石墨烯中的电子像没有质量的粒子一样运动，与光的运动方式相同。此外，他们还证明，电流可以 “开关”，这为开发微小、节能的晶体管提供了可能–就像家里的电灯开关，但却是纳米级的。美国麻省理工学院（MIT）和日本国立材料科学研究所（NIMS）也参与了这项研究。研究成果发表在《自然-通讯》上。
石墨烯于2004年被发现，是由单层碳原子组成的。石墨烯具有许多不寻常的特性，其中最著名的是其超高的导电性，这是因为电子在这种材料中以高速、恒定的速度穿行。这一独特的特性让科学家们梦想着用石墨烯制造速度更快、能效更高的晶体管。面临的挑战是，要制造出晶体管，需要控制材料在高导电状态之外还具有高绝缘状态。然而，在石墨烯中，载流子速度的这种 “切换 “并不容易实现。事实上，石墨烯通常没有绝缘状态，这限制了石墨烯作为晶体管的潜力。
哥廷根大学的研究小组现在发现，自然形成的双层石墨烯中的两层石墨烯结合了两方面的优点：除了绝缘状态外，还具有支持电子像光一样移动的惊人快速运动的结构。研究人员发现，施加垂直于材料的电场可以改变这种状态，使双层石墨烯成为绝缘体。快速移动电子的这一特性早在2009年就已在理论上得到预测，但由于我的样品质量大大提高，NIMS提供的材料以及与麻省理工学院在理论方面的密切合作，才有可能在实验中发现这一特性。虽然这些实验是在低温条件下进行的–低于冰点约 273°–但它们显示了双层石墨烯制造高效晶体管的潜力。
“我们早就知道这个理论。但是，现在我们已经进行了实验，实际显示了电子在双层石墨烯中类似光的分散。哥廷根大学物理系的托马斯-韦茨教授说：”对整个团队来说，这是一个非常激动人心的时刻。哥廷根大学博士后研究员、第一作者 Anna Seiler 博士补充说：”我们的工作只是迈出了关键的第一步。研究人员下一步将研究双层石墨烯是否真的能改善晶体管，或者研究这种效应在其他技术领域的潜力。
原始出版物：Anna M. Seiler et al. “Probing the tunable multi-cone band structure in Bernal bilayer graphene”, Nature Communications 2024.Doi：10.1038/s41467-024-47342-0 和 https://rdcu.be/dErrl。文本也可通过预印本获取：https://doi.org/10.48550/arXiv.2311.10816
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