石墨烯是從石墨材料中剝離出來的由碳原子組成的二維晶體,。它只有一層碳原子的厚度,是目前世界上最薄的材料,。英國曼徹斯特大學(xué)的教授安德烈·海姆和同事康斯坦丁·諾沃肖洛夫2004年在世界上最早制作出石墨烯,,并因此共同摘得2010年諾貝爾物理學(xué)獎的桂冠,。
與硅相比,石墨烯能讓電子更順暢地流動,�,?茖W(xué)家們也對其寄予厚望,認(rèn)為其可以制造出能以前所未有的速度運行的計算機(jī)電路,。諾沃肖洛夫表示:“石墨烯是一種相當(dāng)有潛力的材料,�,!�
但石墨烯內(nèi)電子的平滑流動也產(chǎn)生了一個問題。為了執(zhí)行計算,計算機(jī)需要能自由地打開和關(guān)閉其電流中電子的流動,。打開和關(guān)閉以便調(diào)節(jié)電子流動的“門”被稱為晶體管,。當(dāng)晶體管處于“關(guān)閉”狀態(tài)時,電子會泄露出來,。為此,,科學(xué)家們也嘗試了很多解決辦法,包括將電子限制到單層石墨烯內(nèi),,但仍然存在泄露。
現(xiàn)在,,諾沃肖洛夫和同事找到了一種克服泄露問題的方法,,那就是讓一層二硫化鉬位于兩層石墨烯之間組成三明治的形式,,他們發(fā)現(xiàn),這樣得到的石墨烯“三明治”晶體管能有效地減少電子泄露,�,?茖W(xué)家們表示,這一層二硫化鉬扮演著絕緣體的角色,,它能阻止電子采用正常的方式從一層石墨烯流到另一層石墨烯,這就形成了“關(guān)閉”狀態(tài),。另一方面,,量子力學(xué)效應(yīng)使得少數(shù)電子能“隧穿”過二硫化鉬。施加電壓會讓電子的能量增強(qiáng),,使得能發(fā)生“隧穿”的電子越來越多,,導(dǎo)致一個相當(dāng)大的電流開始形成,這就是“開啟”狀態(tài),。通過改變電壓,,研究人員能打開和關(guān)閉電流,使這一“三明治”設(shè)備“變身”為一塊晶體管,。
諾沃肖洛夫表示,,同以前用石墨烯制造的晶體管相比,新的石墨烯“三明治”晶體管能將電子泄漏減少十分之一,。該研究團(tuán)隊聲稱,,通過增加絕緣體層的厚度能在未來進(jìn)一步減少電子的泄漏。諾沃肖洛夫說:“這真的為我們的研究打開了一扇新窗戶,。”