石墨烯器件生長在碳化硅襯底芯片上。圖片來源：佐治亞理工學院

科技日報北京12月22日電 (記者張夢然)納米電子學領(lǐng)域的一個緊迫任務(wù)是尋找一種可替代硅的材料。美國佐治亞理工學院研究人員開發(fā)了一種新的基于石墨烯的納米電子學平臺——單片碳原子。發(fā)表在《自然·通訊》雜志上的該技術(shù)可以與傳統(tǒng)的微電子制造兼容，有助于制造出更小、更快、更高效和更可持續(xù)的計算機芯片，并對量子和高性能計算具有潛在影響。

研究人員稱，石墨烯的力量在于其平坦的二維結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)由已知最強的化學鍵結(jié)合在一起。相較于硅，石墨烯可微型化的程度更深、能以更高的速度運行并產(chǎn)生更少的熱量。原則上，單一的石墨烯芯片要比硅芯片內(nèi)可封裝更多器件。

為了創(chuàng)建新的納米電子學平臺，研究人員在碳化硅晶體基板上創(chuàng)建了一種改良形式的外延石墨烯，用電子級碳化硅晶體生產(chǎn)了獨特的碳化硅芯片。

研究人員使用電子束光刻來雕刻石墨烯納米結(jié)構(gòu)并將其邊緣焊接到碳化硅芯片上。這個過程機械地穩(wěn)定和密封石墨烯的邊緣，否則它會與氧氣和其他可能干擾電荷沿邊緣運動的氣體發(fā)生反應。

最后，為了測量石墨烯平臺的電子特性，研究團隊使用了一種低溫設(shè)備，使他們能夠記錄從接近零攝氏度到室溫下的特性。

團隊在石墨烯邊緣態(tài)觀察到的電荷類似于光纖中的光子，可在不散射的情況下傳播很遠的距離。他們發(fā)現(xiàn)電荷在散射前沿著邊緣移動了數(shù)萬納米。而先前技術(shù)中的石墨烯電子在撞到小缺陷并向不同方向散射之前，只能行進約10納米。

在金屬中，電流由帶負電的電子攜帶。但與研究人員的預期相反，他們的測量表明邊緣電流不是由電子或空穴攜帶的，而是由一種不同尋常的準粒子攜帶的，這種準粒子既沒有電荷也沒有能量，但運動時沒有阻力。盡管是單個物體，但觀察到混合準粒子的成分在石墨烯邊緣的相對側(cè)移動。

團隊表示，其獨特的性質(zhì)表明，準粒子可能是物理學家?guī)资陙硪恢毕Ｍ玫牧Ｗ印R約拉納費米子。

【總編輯圈點】

人們擁有第一個基于石墨烯的電子產(chǎn)品可能還需要5—10年的時間，但在無縫互連的石墨烯網(wǎng)絡(luò)中，使用文中這種新的準粒子開發(fā)電子產(chǎn)品指日可待。而新外延石墨烯平臺的出現(xiàn)，比以往任何時候都更接近于將石墨烯“加冕”為硅的繼任者?？梢哉f，在此基礎(chǔ)上，下一代電子產(chǎn)品不但大有可為，還將改變整個“游戲規(guī)則”。