新型數(shù)字開關(guān)由石墨烯和氮化硼納米管制成 能更好控制電流
2015年08月17日 13:23 4694次瀏覽 來源： 科技日報(bào) 分類： 新材料前沿 作者： 聶翠蓉
科學(xué)家將石墨烯和氮化硼納米管結(jié)合，制成全新的混合數(shù)字開關(guān)，可作為電子產(chǎn)品中控制電流的基本元件。未來有望借此制成不含硅半導(dǎo)體的晶體管，讓計(jì)算機(jī)、手機(jī)、醫(yī)學(xué)設(shè)備和其他電子產(chǎn)品的速度更快、體積更小。
石墨烯可“變身”為各種獨(dú)特的材料，氮化硼納米管也可被加工成各種生物和物理材料，但這兩種材料卻沒有在電子界取得一席之地：石墨烯導(dǎo)體中電子釋放太快，無法控制電流；氮化硼納米管單獨(dú)存在時甚至是不能導(dǎo)電的絕緣體。
據(jù)報(bào)道，美國密歇根理工大學(xué)物理學(xué)家葉玉金（音譯）領(lǐng)導(dǎo)他的團(tuán)隊(duì)將上述兩種材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)放大，找到其不匹配性，最終成功開發(fā)出全新的混合數(shù)字開關(guān)。他們在單分子層石墨烯表面蝕刻出許多小針孔，然后往針孔內(nèi)引入氮化硼納米管，融合后的混合材料看起來就像一層樹皮上長著不規(guī)則的稀薄頭發(fā)。
由于化學(xué)結(jié)構(gòu)的不匹配，兩種材料的結(jié)合點(diǎn)處會出現(xiàn)能隙的不匹配：石墨烯薄層導(dǎo)電快，而納米管內(nèi)的原子結(jié)構(gòu)會阻止電子流動，混合材料因此具有了能隙差（勢壘）。這些能隙差成為調(diào)控并阻止電子流動的關(guān)鍵。兩種材料之間的接觸點(diǎn)被稱為“異質(zhì)結(jié)”，這些異質(zhì)結(jié)就是數(shù)字開關(guān)。
研究證明，新型混合開關(guān)具有更高的轉(zhuǎn)換系數(shù)，其開關(guān)速度比現(xiàn)有石墨烯轉(zhuǎn)換器高幾個數(shù)量級，這將加快電子產(chǎn)品和計(jì)算機(jī)的開發(fā)步伐。
新型混合材料還能解決目前晶體管中硅半導(dǎo)體的兩大短板：不能更小以及大量發(fā)熱。另外，由于石墨烯和氮化硼納米管具有相同的原子排列即位點(diǎn)匹配，新型數(shù)字開關(guān)還能避免電子流動分散的問題。電子只有朝同一個方向流動才能制造更大的電流，但經(jīng)常有電子會偏離原來的方向，大大降低電流的強(qiáng)度和速度。而新型混合開關(guān)能控制高速前行電流中電子的方向，讓偏離的電子回歸正軌。
責(zé)任編輯：徐婷
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