15年來，科學(xué)家們一直試圖利用“奇跡材料”石墨烯來生產(chǎn)納米級電子學(xué)。在紙面上，石墨烯應(yīng)該是非常好的：它是超薄的 - 實(shí)際上只有一個原子厚度因此是二維的，它非常適合傳導(dǎo)電流，應(yīng)該是未來形式更快的電子產(chǎn)品的理想選擇。更節(jié)能。此外，石墨烯由碳原子組成 - 我們有無限供應(yīng)。

理論上，石墨烯可以通過簡單地在其中繪制微小圖案來改變以執(zhí)行許多不同的任務(wù)，例如電子，光子學(xué)或傳感器，因?yàn)檫@從根本上改變了它的量子特性。一個“簡單”的任務(wù)，結(jié)果令人驚訝的困難，是誘導(dǎo)帶隙 - 這對于制造晶體管和光電器件至關(guān)重要。然而，由于石墨烯只是原子厚度，所有原子都很重要，甚至圖案中的微小不規(guī)則也會破壞其性質(zhì)。

“石墨烯是一種非常棒的材料，我認(rèn)為它將在制造新的納米級電子產(chǎn)品中發(fā)揮關(guān)鍵作用。問題是設(shè)計電氣特性非常困難，”DTU物理學(xué)教授PeterBøggild說。

DTU和奧爾堡大學(xué)的納米結(jié)構(gòu)石墨烯中心成立于2012年，專門研究如何設(shè)計石墨烯的性質(zhì)，例如通過制作非常精細(xì)的孔圖案。這應(yīng)該巧妙地改變材料中電子的量子性質(zhì)，并允許定制石墨烯的性質(zhì)。然而，DTU和奧爾堡的研究團(tuán)隊經(jīng)歷了與全球許多其他研究人員一樣的經(jīng)歷：它沒有用。

“當(dāng)你用像石墨烯這樣的材料制作圖案時，你是這樣做的，以便以受控的方式改變它的屬性 - 以匹配你的設(shè)計。但是，我們多年來看到的是我們可以制造洞，但不是沒有引入太多的紊亂和污染，它不再像石墨烯那樣。它有點(diǎn)類似于制造水管，由于制造粗糙而流速很差。在外面，它可能看起來很好。對于電子產(chǎn)品，這是顯然是災(zāi)難性的，“PeterBøggild說。

現(xiàn)在，科學(xué)家團(tuán)隊已經(jīng)解決了這個問題。來自DTU Physics，Bjarke Jessen和Lene Gammelgaard的兩位博士后，首先將石墨烯封裝在另一種二維材料中 - 六角形氮化硼，這是一種非導(dǎo)電材料，通常用于保護(hù)石墨烯的特性。

接下來，他們使用一種稱為電子束光刻的技術(shù)，用一系列密集的超小孔仔細(xì)地對下面的氮化硼和石墨烯保護(hù)層進(jìn)行圖案化。這些孔的直徑約為。20納米，它們之間僅有12納米 - 然而，孔邊緣的粗糙度小于1納米或十億分之一米。這允許比在這種小石墨烯結(jié)構(gòu)中報道的電流多1000倍的電流。

“我們已經(jīng)證明我們可以控制石墨烯的能帶結(jié)構(gòu)并設(shè)計它應(yīng)該如何表現(xiàn)。當(dāng)我們控制能帶結(jié)構(gòu)時，我們可以獲得所有石墨烯的性質(zhì) - 我們驚訝地發(fā)現(xiàn)了一些最微妙的量子電子效應(yīng)在密集的圖案中存活 - 這是非常令人鼓舞的。我們的工作表明我們可以坐在電腦前設(shè)計組件和設(shè)備 - 或者想出一些全新的東西 - 然后去實(shí)驗(yàn)室并在實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)它們， “彼得·博格爾德說。他繼續(xù)：

“許多科學(xué)家早就放棄了在石墨烯中進(jìn)行納米光刻的研究，并且很可惜，因?yàn)榧{米結(jié)構(gòu)是開發(fā)石墨烯電子學(xué)和光子學(xué)最激動人心的特征的關(guān)鍵工具?，F(xiàn)在我們已經(jīng)弄清楚它是如何完成的;人們可以說詛咒被解除了。還有其他挑戰(zhàn)，但事實(shí)上我們可以定制石墨烯的電子特性是朝著創(chuàng)造尺寸極小的新電子產(chǎn)品邁出的一大步，“PeterBøggild說。