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石墨烯+六方氮化硼=新的晶體管

文章出處: 天元航材    責(zé)任編輯: 天元化工新材廠家    發(fā)布時間:2020-04-17 17:18:39    點擊數(shù):84    【
[導(dǎo)讀]: 石墨烯(自十幾年前誕生以來就一直讓科學(xué)家們著迷。這種僅僅一個原子厚度的碳元素材料擁有出色的電子特性、強(qiáng)度、超輕重量,用途也不斷拓寬,但是如何為其植入能隙(bandgap/半導(dǎo)體或是絕緣體的價...

石墨烯+六方氮化硼=新的晶體管

石墨烯(自十幾年前誕生以來就一直讓科學(xué)家們著迷。這種僅僅一個原子厚度的碳元素材料擁有出色的電子特性、強(qiáng)度、超輕重量,用途也不斷拓寬,但是如何為其植入能隙(band gap/半導(dǎo)體或是絕緣體的價帶頂端至傳導(dǎo)帶底端的能量差距),從而制造晶體管和其它電子設(shè)備,卻始終讓科研人員束手無策。 現(xiàn)在,麻省理工學(xué)院(MIT)的研究人員們在這方面取得了重大突破,甚至有望改變石墨烯物理學(xué)的一些理論預(yù)測。

他們引入了另一種單原子厚度、屬性和石墨烯類似的材料六方氮化硼(hexagonal boron nitride),并將一層石墨烯置于其上,最終得到的混合材料既有石墨烯的導(dǎo)電特性,還終于具備了建造晶體管所必需的能隙。 MIT物理系助教Pablo Jarillo-Herrero評論說:“通過綜合兩種材料,我們得到了屬性異于二者的混合材料。石墨烯是極好的導(dǎo)體,六方氮化硼則是很好的絕緣體,能夠阻擋電子流通。將它們放在一起,我們就得到了高質(zhì)量的半導(dǎo)體。

但整個過程顯然不是1+1=2那么簡單。研究人員必須幾乎完美地將兩種材料的原子框架對齊排列。它倆都有六邊形結(jié)構(gòu),尺寸(晶格常數(shù))幾乎一樣,但六方氮化硼里的大了1.8%,所以從細(xì)處看兩種原子框架可以完美拼接在一起,從大尺度上看仍然會有些參差不齊。目前對此還沒有完美的解決方法,研究人員說只能依賴于獲得角對齊,但總有大約1/15的幾率出錯。

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MIT物理系教授Ray Ashoori表示:“所得半導(dǎo)體最驚人的是,只需略微調(diào)整一層材料和其它層的角度,就可以調(diào)整最終材料的屬性,從而獲得擁有各種不同電子屬性的材料。” 在此之前,還曾有人通過將石墨烯層切割成細(xì)條來使之變成半導(dǎo)體,但這樣會大幅削弱其電氣屬性。新的方法不會出現(xiàn)這種損失,只是目前產(chǎn)生的能隙還達(dá)不到實用水平,需要進(jìn)一步改進(jìn)才有望成為制造晶體管的新材料。

此外,MIT團(tuán)隊還在新材料中發(fā)現(xiàn)了一種有趣的物理現(xiàn)象:將其暴露在磁場中時,就會呈現(xiàn)分形特質(zhì),也就是所謂的“霍夫施塔特蝴蝶能譜”,這種幾十年前理論預(yù)言的現(xiàn)象一度被認(rèn)為是不可能存在的。


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