石墨烯会是纳米电子学的未来吗？

新研究取得突破性进展，或将推动石墨烯纳米带在纳米电子学中的应用

一项由特拉维夫大学（TAU）研究人员参与的国际合作研究，提出了一种生长超长超窄石墨烯条带（石墨衍生物）的新方法，这些条带展现出可被纳米电子产业利用的半导体特性。研究人员认为，这项研究可能在许多潜在的技术应用领域发挥作用，包括先进的开关器件、自旋电子器件，未来甚至可用于量子计算架构。该研究由国际研究团队领导，成员包括特拉维夫大学化学学院的Michael Urbakh教授和Oded Hod教授，以及来自中国、韩国和日本的科学家。该研究发表于科学期刊《自然》上。

Michael Urbakh教授。

Urbakh教授和Hod教授解释说，石墨烯是由碳原子组成的单层石墨，结构类似蜂巢形状。石墨烯非常适合技术应用。除了具有非凡的机械强度外，近年来还发现由少量扭曲（相对于彼此横向旋转）的石墨烯层组成的某些结构具有其他特性。这些特性包括超导性、自发电极化、可控热传导和结构超润滑性——即材料表现出可以忽略不计的摩擦和磨损的状态。

Oded Hod教授。

石墨烯在电子行业应用的一个局限性是，它是一种半金属，即电荷载体可以在其中自由移动，但其密度非常低。因此，石墨烯既不能用作导电金属，也不能用作电子芯片行业所用的半导体。

然而，如果从宽石墨烯片中切割出长而窄的石墨烯条带（称为石墨烯纳米带），量子电荷载体就会被限制在狭窄的维度内，从而使其具有半导体特性，并能够在量子开关器件中使用。迄今为止，在器件中使用石墨烯纳米带存在多重障碍，其中之一是如何可重复地生长出与环境隔离的窄而长的石墨烯片。

石墨烯纳米带的作用

在这项新研究中，研究人员开发了一种方法，可以在绝缘的六方氮化硼层内直接催化生长窄长且可重复的石墨烯纳米带，并证明了基于新生长的纳米带的量子开关器件具有峰值性能。以色列团队开发并实施的高级分子动力学模拟工具揭示了独特的生长机制。这些计算表明，氮化硼晶体中某些生长方向上的超低摩擦决定了纳米带结构的可重复性，使其能够在清洁且隔离的环境中直接生长到前所未有的长度。

研究人员认为，这一进展是纳米材料领域的科学和技术突破，有望为开展一系列广泛的研究打开大门，推动石墨烯纳米带在纳米电子产业中的应用。

Urbakh教授和Hod教授总结道：“这项新发展的重要性在于，首次能够在隔离基质内直接制造基于碳的纳米电子开关器件。这些器件可能具有多种技术应用，包括电子系统和自旋电子系统，甚至量子计算器件”。