瑞士联邦材料测试与开发研究所：石墨烯纳米带研究取得新成就

瑞士联邦材料测试与开发研究所：石墨烯纳米带研究取得新成就


最近，瑞士联邦材料测试与开发研究所、德国马克斯普朗克聚合物研究所的同事和其他合作伙伴取得了重大突破，未来将用于精确的纳米晶体管甚至量子计算机。

石墨烯是当今最流行的新型材料之一，它是由单层碳原子组成的蜂窝结构。它是世界上已知的最薄、最轻、最结实的材料。石墨烯被誉为新材料之王，对整个工业的影响将具有颠覆性，目前已应用于柔性电子、高效晶体管、传感器、新材料、电池、超级电容器、半导体制造、新能源、通信、电子器件等多个科学技术领域。阿赫茨技术、医疗等。

石墨烯导电性能非常好，甚至比铜强。石墨烯中的碳原子以独特的方式排列。电子很容易以高速通过，而散射则不容易。因此，它不会像其他导体那样浪费很多能量。

然而，石墨烯优良的导电性也成为一个重要的限制：它不适用于半导体应用。众所周知，硅是当今最广泛使用的半导体材料。它的带隙足够大，可以用来接通或断开电流。这种能力对现代二进制计算机的关键元件晶体管至关重要。不幸的是，石墨烯没有这样的带隙。

然而，石墨烯纳米带可以突破这一限制，充分发挥石墨烯的半导体潜能。纳米带只有几个碳原子宽，一个碳原子厚。根据其形状和宽度，纳米带将具有不同的电子性质：导体、半导体和绝缘体。

为此，作者介绍了瑞士联邦材料试验与发展研究所（EMPA）的研究人员与德国马克斯普朗克聚合物研究所和加州大学伯克利分校的研究人员合作，生产宽度仅为1纳米、长度为50纳米的石墨烯纳米带。以及制造只有几个原子宽度的纳米晶体管。

今天，让我们继续关注由瑞士联邦材料测试与开发研究所（EMPA）纳米技术表面实验室领导的国际研究团队使用石墨烯纳米带所取得的新成就。

EMPA的研究人员与德国缅因州马克斯普朗克聚合物研究所的同事以及其他合作伙伴取得了重大突破。他们通过独特的改变石墨烯纳米带的形状，成功地调整了其性能。这项技术的独特之处在于，它不仅可以改变传统的性能，而且还可以改变传统的性能。上面提到过，但也可以用来产生独特的局部量子态。

在不久的将来，它将被用于实现精确的纳米晶体管甚至量子计算机，研究小组在最新一期的《自然》杂志上发表了研究结果。

那么，这项研究背后的机制是什么呢如果石墨烯纳米带的宽度发生变化，在这种情况下，从7个原子到9个原子，在过渡过程中会产生一个特殊的区域。由于这两个区域的电子性质因其特殊的拓扑模式而不同，因此在过渡区域中会产生一个新的受保护且非常强大的量子态。这种局域性ZED电子量子态现在可以作为生产定制半导体、金属或绝缘体的基本元件，甚至可以作为量子计算机的一部分。

当石墨烯纳米带包含不同宽度的区域时，过渡区将产生新的量子态。

由Oliver Grning领导的EMPA研究人员可以证明，如果不同宽度的区域有规律地交替地由这些纳米带组成，将通过大量的转换形成一个具有独特电子结构和互连的量子态链。令人兴奋的是，这种量子态链的电子性质HAIN根据不同分区的宽度而不同。这使得它们可以被微调，从导体到具有不同带隙的半导体。这一原理可以应用于不同类型的过渡区，如7到11个原子。

格宁说，独立于我们的加利福尼亚大学伯克利分校的一个研究小组也取得了类似的成果。这个事实也强调了这项研究和发展的重要性。美国研究小组的研究发表在同一期《自然》杂志上。

顶部（第1行）：混合纳米带由两个不同的前体分子制成。左（小）前体分子形成一个光滑的7个碳原子宽的纳米带。较大的前体分子形成7到11个碳原子宽度的菱形分区。

原子力显微术（原子力显微术）（第2行）：在石墨烯纳米带中间有五个菱形区（7-11区），在左右两侧有七个平滑的原子宽度纳米带，黑色的比例为1纳米。

扫描隧道显微术（第3行）：金刚石区域两端的局部量子态（亮区）的显微图像。分区与上述AFM图像相对应。

扫描隧道显微图像的模拟（第4行）：实验中量子态如何出现在金刚石分区两端的理论预测。

基于新的量子链，科学家们将能够在未来制造出精确的纳米晶体管，这将是朝着纳米电子学目标迈出的重要一步。状态1和状态0之间的切换距离是否足够大取决于半导体的带隙。根据这种新方法，几乎可以随意设置。

事实上，一切都不是那么简单。为了使这条链具有所需的电子性质，数百甚至数千个原子必须处于正确的位置。EMPA研究人员Grning说：这是基于复杂的跨学科研究。来自Dubendorf、Mainz、Dresden和Troy（美国）的研究人员一起工作，从理论理解和具体知识（必须如何构建前体分子以及表面结构如何选择性生长）到使用扫描隧道显微镜进行结构和电子分析。。

如今，电子电路变得越来越小。超小型晶体管将是下一个发展目标，但也是本研究的一个明显的应用可能性。尽管技术上具有挑战性，但基于纳米晶体管的电子器件的工作方式与当今的微电子器件基本相同。EMPA的研究人员已经创造出了半导体纳电子器件。将晶体管的沟道截面缩小到现在制造的晶体管的千分之一的Noribbon。然而，我们可以进一步想象其他的可能性，如自旋电子学甚至量子信息学。

这是因为不同宽度的石墨烯纳米带连接处的电子量子态也带有磁矩。这使得它可以在不带电荷的情况下处理信息（以前通常的方法），但使用所谓的自旋，也就是旋转状态。相关的发展可以更进一步。Oliver Grning解释说：我们已经观察到拓扑结束态出现在一个特定的量子子链的末端，可以作为量子比特的一部分，量子计算机中的一种复杂的互锁态。

然而，在不久的将来，通过纳米带构造量子计算机是不可能的，还有许多研究要进行。Grning说，通过单量子态的目标组合灵活调整电子特性是新材料生产的一个巨大飞跃。这些材料在一般环境条件下是稳定的，在未来的应用发展中将发挥重要作用。

格兰宁说：将来，利用这些链来创造局部量子态，并以有针对性的方式将它们连接起来，也将具有巨大的潜力和吸引力，尽管这种潜力是否能被未来的量子计算机所利用还不得而知。在纳米带中创造局部拓扑态还不够，纳米带必须是成对的。d与其他材料，如超导体，在某种程度上满足量子比特的实际条件。

本文出自东莞市捷诚石墨制品有限公司官网：http://www.dgshimozhipin.com 权威发布，    东莞市捷诚石墨制品有限公司是一家集销售、应用开发，产品加工的石墨专业厂家，专门为模具行业、机械行业、真空热处理炉、电子半导体及太阳能光伏产业等提供石墨材料、石墨电极和相关的石墨制品，欢迎致电13549365158更多关于石墨制品方面信息，可回本网站产品页面详细了解点击：石墨制品  石墨模具  石墨坩埚 石墨转子 石墨轴承 石墨板 石墨棒 石墨匣体 石墨热场 真空炉石墨制品 电子石墨模具