美国罗格斯大学石墨烯研究新进展驯服野蛮的电子

石墨烯联盟：CGIA2013

　　近日，美国罗格斯大学新伯朗士威校区的科学家们已经研究出如何驯服石墨烯中那些“野蛮”的电子。这项研究为在新型系统中以低能量损耗超高速传输电子铺平了道路。

　　近日，《自然纳米技术》（Nanoscale）在线发表了美国罗格斯大学的科学家们成功控制住石墨烯中不守规矩的电子运动的相关论述文章，实验结果为在新型系统中以低能量损耗超高速传输电子铺平了道路。该论文题为“Tuning a circular p–n junction in graphene from quantum confinement to optical guiding”。

　　石墨烯能够导电，不过，电子在石墨烯当中的运动速度达到了光速的1/300,远远超过了电子在一般导体中的运动速度.这使得石墨烯中的电子,或更准确地,应称为“载荷子”在这种材料当中“狂野不羁”，无法被控制。现在，美国罗格斯大学新布朗斯维克分校的科学家打破了这种局限性，他们成功了控制住了石墨烯中不守规矩的电子运动，这为石墨烯纳米级晶体管的出现铺平了道路。罗格斯大学艺术和科学学院物理与天文学系科学家Eva Y. Andrei说：“我们可以电控石墨烯中的电子，过去，我们无法做到这一点，因此，石墨烯一直无法成为晶体管材料。”

石墨烯当中的电流运动图像

　　石墨烯是铅笔芯当中的碳基石墨纳米薄层。它的强度远远超过钢铁，也是极好的导体。但是，当电子通过石墨烯时，电子是以直线方式进行，并且会保持高速。电子在石墨烯当中如果碰到障碍，它们是不回头的，人们一直在寻找如何控制或驯服这些电子的方法。科学家通过高科技显微镜发出电压，在显微镜的尖端产生一个力场，其中俘获石墨烯中的电子或改变运动其轨迹，类似于镜头对光线的影响。

　　通过一个尖锐的尖端产生一个力场，可以捕获石墨烯中的电子，或者改变它们的轨迹，类似于透镜对光线的影响。Andrei表示，电子可以很容易被捕获和释放，从而提供了一种有效的开关切换机制。Andrei说：“你可以捕捉电子，而不会在石墨烯中产生孔洞。如果改变电压，你可以释放电子，让它们随意运动。”下一步，研究人员将通过将极细的线（称为纳米线），放在石墨烯顶部，并用电压控制电子来扩大控制规模。

石墨烯具有广阔的应用前景

　　到目前为止，人类已经开发出的石墨烯电子部件包括超快速放大器，超级电容器和超低电阻率电线。石墨烯晶体管将是迈向全石墨烯电子平台重要的一步。其它基于石墨烯的应用还包括超灵敏化学与生物传感器，用于脱盐和水净化的过滤器。石墨烯也可以用于平面柔性屏幕以及可喷涂和可印刷的电子电路开发。相关论文全文发表在 Nature Nanotech.（DOI: 10.1038/nnano.2017.181）上。

来源：江南石墨烯研究院、罗格斯大学官网

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