新型石墨烯半導(dǎo)體或顛覆電子學(xué)

這種超材料表現(xiàn)優(yōu)異，超越硅，可能引領(lǐng)電腦速度的革命。

全球首個功能性石墨烯半導(dǎo)體表現(xiàn)出色，超越了硅制半導(dǎo)體，這表明這種超材料可能是計(jì)算的未來。

背景：材料的導(dǎo)電性可根據(jù)其導(dǎo)電能力進(jìn)行分類。如果電子能夠輕松通過它流動，它是“導(dǎo)體”；如果不能，它是“絕緣體”。在這兩者之間是“半導(dǎo)體”，這種材料在特定條件下可以很好地導(dǎo)電。

這一特性使半導(dǎo)體成為計(jì)算的支柱——通過使用半導(dǎo)體材料硅制造微芯片，我們可以輕松地控制電流何時流動或不流動，從而以計(jì)算機(jī)的語言發(fā)送“1”和“0”。

石墨烯半導(dǎo)體：然而，在計(jì)算芯片中，硅已經(jīng)達(dá)到了其性能極限，因此在尋找替代材料的過程中，由喬治亞理工物理教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)正在密切關(guān)注石墨烯，這是一種超強(qiáng)的二維碳形式。

“我們的動力是希望將石墨烯的三種特殊性質(zhì)引入到電子學(xué)中，”德·赫爾說。“這是一種非常堅(jiān)固的材料，可以處理非常大的電流，而且可以在不發(fā)熱和崩解的情況下完成?！?/p>

問題在于石墨烯并非天然的半導(dǎo)體。

有何新發(fā)現(xiàn)？通過過去的研究，德·赫爾的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了如何在碳化硅晶片上生長石墨烯，并經(jīng)過多年的改進(jìn)，他們找到了如何讓石墨烯表現(xiàn)出半導(dǎo)體特性的方法。

在他們最新的研究中，發(fā)表在《自然》雜志上，他們演示了如何“摻雜”石墨烯半導(dǎo)體以利用原子創(chuàng)建晶體管，即控制芯片中電流流動的開關(guān)之一。

“我們對研究石墨烯電子學(xué)的動力已經(jīng)存在很長時間，其余的只是讓它發(fā)生，”德·赫爾說?！拔覀儽仨殞W(xué)會如何處理材料，如何使其變得越來越好，最終如何測量其性能。這花了很，很長時間。”

根據(jù)他們的測試，電子通過石墨烯半導(dǎo)體的流動比硅制半導(dǎo)體更為容易，這表明這種方法可能導(dǎo)致更快的計(jì)算機(jī)。

“這就像在碎石路上行駛與在高速公路上行駛，”德·赫爾說?！八咝?，不會發(fā)熱那么多，而且可以實(shí)現(xiàn)更高的速度，以便電子可以更快地移動?！?/p>

展望未來：電子行業(yè)不會一夜之間放棄硅而轉(zhuǎn)向石墨烯（或任何其他材料），當(dāng)他們確實(shí)進(jìn)行變革時，性能并非唯一的考慮因素——成本、耐用性、制造便捷性等都將起到作用。

然而，德·赫爾相信，當(dāng)下一次電子領(lǐng)域的重大轉(zhuǎn)變發(fā)生時，石墨烯將處于其中心。

“石墨烯是下一個步驟，”他說。“誰知道在那之后會發(fā)生什么步驟，但石墨烯有很大可能在接下來的50年中成為典范?！?/p>