工程师在纳米半导体结构中制造合成石墨烯

工程师在纳米半导体结构中制造合成石墨烯

最近在《自然纳米技术》杂志上报道，哥伦比亚工程公司（Columbia Engineering）的研究人员在物理和材料科学方面取得了重大突破。该团队与普林斯顿大学、普渡大学和意大利理工学院（Istituto Italiano di Technologia）的同事合作，通过重建人造石墨烯石墨烯的电子结构在半导体器件中首次出现。

哥伦比亚工程学院应用物理学和物理学教授、该研究的资深作者Aron Pinczuk说，这一里程碑定义了凝聚态物质科学和纳米制造的最新技术。尽管合成石墨烯已在光学、分子和光子晶格系统中得到证明，但这些平台缺乏半导体加工技术所提供的多功能性和潜力。半导体人工石墨烯器件可作为探索性能优异的新型电子开关和晶体管的平台，甚至可能是一种基于奇异量子力学状态的信息存储新方法。

21世纪初石墨烯的发现在物理界引起了极大的轰动，不仅因为它是二维材料的现实实现，而且因为石墨烯中碳原子独特的原子排列提供了一个平台，新的量子现象在物理界很难观察到。对附加材料系统进行了测试，由于其特殊的电子性质，其电子可以在散射前长距离运动。石墨烯是一种很好的导体。这些特性还表现出其他独特的特性，使电子的行为就像是接近光速的相对论性粒子，这给了它们一些传统的非相对论性电子所不具备的奇怪特性。

但是石墨烯是一种只有一种原子排列的天然物质：石墨烯晶格中的原子是固定的，因此对石墨烯的所有实验都必须适应这些限制。另一方面，在合成石墨烯中，晶格可以设计成宽的间距和结构，使它们成为凝聚态物质研究者的圣杯，因为它们比天然材料具有更多的多样性。

这是一个快速增长的研究领域，我们正在发现以前从未有过的新现象，应用物理和应用数学系的教授兼合著者Shalom Wind说，当我们探索基于人工石墨烯电气控制的新器件概念时，我们可以释放出扩展FI的潜力。先进的光电和数据处理领域。

这项工作实际上是合成石墨烯的一个重大进展。自从第一次理论预测以来，具有石墨烯类电子性质的系统可以通过图形化的二维电子气体手动创建和调整，直到哥伦比亚开始工作，没有人能够在工程半导体纳米技术中直接观察到这些性质。结构，加利福尼亚大学伯克利分校物理学教授史蒂文·G·路易说。以前使用分子、原子和光子结构的工作代表了更为普遍和稳定的系统。纳米级半导体结构为探索令人兴奋的新科学和实际应用开辟了巨大的机会。离子。

利用传统芯片技术的工具，研究人员在标准半导体材料砷化镓中开发了合成石墨烯。他们设计了一种分层结构，使电子只能在很窄的层中移动，有效地创建了二维板。他们使用纳米光刻和蚀刻来模拟砷化镓：图形化P。产生了六角网格点，其中电子被限制在横向。通过将这些人工原子彼此靠近（相距约50纳米），这些人工原子可以进行量子力学相互作用，类似于原子在固体中共享电子的方式。

研究小组通过照射人造晶格上的激光并测量散射光来检测其电子状态。散射光显示能量损失，这与电子能量从一种状态到另一种状态的转换相对应。当他们绘制这些转换图时，研究小组发现他们在大约-称为狄拉克点，电子密度消失，这是石墨烯的标志。

这种人造石墨烯比天然石墨烯有几个优点：例如，研究人员可以设计蜂窝状晶格的变化来调节电子行为。由于量子点之间的距离比天然石墨烯中原子之间的距离大得多，研究人员可以通过应用磁性能场观察到更多奇异的量子现象。LDS。

发现新的低维材料，如石墨烯和其他超薄层状范德瓦尔斯薄膜，揭示了令人兴奋的新物理现象，这是以前无法访问的，为这项研究奠定了基础。Pinczuk指出，纳米加工的令人印象深刻的进展对我们的工作至关重要。G工具箱，用于创建无数纳米尺寸的高质量图案。这对于在我们领域工作的物理学家来说是一个激动人心的时刻。

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