科學家將金屬化石墨烯納米帶製成全碳電子產品的導線

2020-09-29 cnBeta

幾十年來，矽一直是應用於電子器件的首選材料，但它的效率開始達到了極限。下一步可能是碳電晶體和電路，現在加州大學伯克利分校的工程師們已經創造出了金屬石墨烯納米帶，可以作為這種全碳電子產品的導線。

摩爾定律是一個描述技術進步速度的理論，聲稱集成電路上可以容納的電晶體數目在大約每兩年便會增加一倍。雖然幾十年來一直如此，但近年來，隨著我們達到矽的物理極限，其發展速度開始放緩。

碳資源豐富，價格便宜，而且有多種形式，是保持摩爾定律的重要競爭者，特別是如果能實現全碳電路的話。石墨、金剛石和碳納米管都是碳的形式，已被證明在各種電子元件中有用。但也許最有希望的是石墨烯。而且即使是這種東西也可以有不同的形狀--作為片材、微小的量子點或長長的薄 "納米帶"。

加州大學伯克利分校的團隊現在取得突破的就是最後一種形狀。石墨烯納米帶通常是半導體，但該團隊已經成功地將它們變成了金屬，這使得它們具有導電性，能夠像電線一樣在電路中攜帶電子。

「我們認為，金屬線真的是一個突破，」該研究的作者Felix Fischer說。「這是我們第一次可以在不需要外部摻雜的情況下，有意識地用碳基材料創造出一種超窄的金屬導體--一種良好的、內在的導體。」

為了創造這些金屬納米帶，研究小組利用加熱將納米帶的短段拼接在一起，以創建一條數十納米長，僅1.6納米寬的導電金屬線。完成後，研究人員發現，納米帶具有金屬的電子特性，每一段只貢獻一個導電電子，然後可以沿著帶子自由流動。而最後，該團隊對結構進行了一個微小的改變，以進一步提升其性能。

「利用化學原理，我們創造了一個微小的變化，每100個原子中僅有一個化學鍵的變化，但卻將納米帶的金屬性提高了20倍，從實用的角度來看，這對使其成為一種優秀的金屬是很重要的。」該研究的作者Michael Crommie說。

雖然碳納米管是優秀的導體，並在電子領域展現了前景，但該團隊表示，它們更難大規模製造。納米碳帶更容易批量製造，使全碳電子產品更加可行。

「納米碳帶讓我們能夠使用自下而上的製造方式，以化學方式獲得廣泛的結構，這在納米管中還不可能實現，」Crommie說。「這使得我們基本上可以將電子縫合在一起，以創建金屬納米帶，這是以前沒有做過的事情。這是石墨烯納米帶技術領域的重大挑戰之一，也是我們對它如此興奮的原因。」

該研究發表在《科學》雜誌上。

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