科学家将金属化石墨烯纳米带制成全碳电子产品的导线

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科学家将金属化石墨烯纳米带制成全碳电子产品的导线

几十年来,硅一直是应用于电子器件的首选材料,但它的效率开始达到了极限。下一步可能是碳晶体管和电路,现在加州大学伯克利分校的工程师们已经创造出了金属石墨烯纳米带,可以作为这种全碳电子产品的导线。

摩尔定律是一个描述技术进步速度的理论,声称集成电路上可以容纳的晶体管数目在大约每两年便会增加一倍。虽然几十年来一直如此,但近年来,随着我们达到硅的物理极限,其发展速度开始放缓。

碳资源丰富,价格便宜,而且有多种形式,是保持摩尔定律的重要竞争者,特别是如果能实现全碳电路的话。石墨、金刚石和碳纳米管都是碳的形式,已被证明在各种电子元件中有用。但也许最有希望的是石墨烯。而且即使是这种东西也可以有不同的形状–作为片材、微小的量子点或长长的薄 “纳米带”。

加州大学伯克利分校的团队现在取得突破的就是最后一种形状。石墨烯纳米带通常是半导体,但该团队已经成功地将它们变成了金属,这使得它们具有导电性,能够像电线一样在电路中携带电子。

“我们认为,金属线真的是一个突破,”该研究的作者Felix Fischer说。“这是我们第一次可以在不需要外部掺杂的情况下,有意识地用碳基材料创造出一种超窄的金属导体–一种良好的、内在的导体。”

为了创造这些金属纳米带,研究小组利用加热将纳米带的短段拼接在一起,以创建一条数十纳米长,仅1.6纳米宽的导电金属线。完成后,研究人员发现,纳米带具有金属的电子特性,每一段只贡献一个导电电子,然后可以沿着带子自由流动。而最后,该团队对结构进行了一个微小的改变,以进一步提升其性能。

“利用化学原理,我们创造了一个微小的变化,每100个原子中仅有一个化学键的变化,但却将纳米带的金属性提高了20倍,从实用的角度来看,这对使其成为一种优秀的金属是很重要的。”该研究的作者Michael Crommie说。

虽然碳纳米管是优秀的导体,并在电子领域展现了前景,但该团队表示,它们更难大规模制造。纳米碳带更容易批量制造,使全碳电子产品更加可行。

“纳米碳带让我们能够使用自下而上的制造方式,以化学方式获得广泛的结构,这在纳米管中还不可能实现,”Crommie说。“这使得我们基本上可以将电子缝合在一起,以创建金属纳米带,这是以前没有做过的事情。这是石墨烯纳米带技术领域的重大挑战之一,也是我们对它如此兴奋的原因。”

该研究发表在《科学》杂志上。

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