工程師在納米半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中制造合成石墨烯

工程師在納米半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中制造合成石墨烯

最近在《自然納米技術(shù)》雜志上報(bào)道，哥倫比亞工程公司（Columbia Engineering）的研究人員在物理和材料科學(xué)方面取得了重大突破。該團(tuán)隊(duì)與普林斯頓大學(xué)、普渡大學(xué)和意大利理工學(xué)院（Istituto Italiano di Technologia）的同事合作，通過(guò)重建人造石墨烯石墨烯的電子結(jié)構(gòu)在半導(dǎo)體器件中首次出現(xiàn)。

哥倫比亞工程學(xué)院應(yīng)用物理學(xué)和物理學(xué)教授、該研究的資深作者Aron Pinczuk說(shuō)，這一里程碑定義了凝聚態(tài)物質(zhì)科學(xué)和納米制造的最新技術(shù)。盡管合成石墨烯已在光學(xué)、分子和光子晶格系統(tǒng)中得到證明，但這些平臺(tái)缺乏半導(dǎo)體加工技術(shù)所提供的多功能性和潛力。半導(dǎo)體人工石墨烯器件可作為探索性能優(yōu)異的新型電子開關(guān)和晶體管的平臺(tái)，甚至可能是一種基于奇異量子力學(xué)狀態(tài)的信息存儲(chǔ)新方法。

21世紀(jì)初石墨烯的發(fā)現(xiàn)在物理界引起了極大的轟動(dòng)，不僅因?yàn)樗嵌S材料的現(xiàn)實(shí)實(shí)現(xiàn)，而且因?yàn)槭┲刑荚营?dú)特的原子排列提供了一個(gè)平臺(tái)，新的量子現(xiàn)象在物理界很難觀察到。對(duì)附加材料系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試，由于其特殊的電子性質(zhì)，其電子可以在散射前長(zhǎng)距離運(yùn)動(dòng)。石墨烯是一種很好的導(dǎo)體。這些特性還表現(xiàn)出其他獨(dú)特的特性，使電子的行為就像是接近光速的相對(duì)論性粒子，這給了它們一些傳統(tǒng)的非相對(duì)論性電子所不具備的奇怪特性。

但是石墨烯是一種只有一種原子排列的天然物質(zhì)：石墨烯晶格中的原子是固定的，因此對(duì)石墨烯的所有實(shí)驗(yàn)都必須適應(yīng)這些限制。另一方面，在合成石墨烯中，晶格可以設(shè)計(jì)成寬的間距和結(jié)構(gòu)，使它們成為凝聚態(tài)物質(zhì)研究者的圣杯，因?yàn)樗鼈儽忍烊徊牧暇哂懈嗟亩鄻有浴?br>
這是一個(gè)快速增長(zhǎng)的研究領(lǐng)域，我們正在發(fā)現(xiàn)以前從未有過(guò)的新現(xiàn)象，應(yīng)用物理和應(yīng)用數(shù)學(xué)系的教授兼合著者Shalom Wind說(shuō)，當(dāng)我們探索基于人工石墨烯電氣控制的新器件概念時(shí)，我們可以釋放出擴(kuò)展FI的潛力。先進(jìn)的光電和數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域。

這項(xiàng)工作實(shí)際上是合成石墨烯的一個(gè)重大進(jìn)展。自從第一次理論預(yù)測(cè)以來(lái)，具有石墨烯類電子性質(zhì)的系統(tǒng)可以通過(guò)圖形化的二維電子氣體手動(dòng)創(chuàng)建和調(diào)整，直到哥倫比亞開始工作，沒有人能夠在工程半導(dǎo)體納米技術(shù)中直接觀察到這些性質(zhì)。結(jié)構(gòu)，加利福尼亞大學(xué)伯克利分校物理學(xué)教授史蒂文·G·路易說(shuō)。以前使用分子、原子和光子結(jié)構(gòu)的工作代表了更為普遍和穩(wěn)定的系統(tǒng)。納米級(jí)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)為探索令人興奮的新科學(xué)和實(shí)際應(yīng)用開辟了巨大的機(jī)會(huì)。離子。

利用傳統(tǒng)芯片技術(shù)的工具，研究人員在標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體材料砷化鎵中開發(fā)了合成石墨烯。他們?cè)O(shè)計(jì)了一種分層結(jié)構(gòu)，使電子只能在很窄的層中移動(dòng)，有效地創(chuàng)建了二維板。他們使用納米光刻和蝕刻來(lái)模擬砷化鎵：圖形化P。產(chǎn)生了六角網(wǎng)格點(diǎn)，其中電子被限制在橫向。通過(guò)將這些人工原子彼此靠近（相距約50納米），這些人工原子可以進(jìn)行量子力學(xué)相互作用，類似于原子在固體中共享電子的方式。

研究小組通過(guò)照射人造晶格上的激光并測(cè)量散射光來(lái)檢測(cè)其電子狀態(tài)。散射光顯示能量損失，這與電子能量從一種狀態(tài)到另一種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換相對(duì)應(yīng)。當(dāng)他們繪制這些轉(zhuǎn)換圖時(shí)，研究小組發(fā)現(xiàn)他們?cè)诖蠹s-稱為狄拉克點(diǎn)，電子密度消失，這是石墨烯的標(biāo)志。

這種人造石墨烯比天然石墨烯有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：例如，研究人員可以設(shè)計(jì)蜂窩狀晶格的變化來(lái)調(diào)節(jié)電子行為。由于量子點(diǎn)之間的距離比天然石墨烯中原子之間的距離大得多，研究人員可以通過(guò)應(yīng)用磁性能場(chǎng)觀察到更多奇異的量子現(xiàn)象。LDS。

發(fā)現(xiàn)新的低維材料，如石墨烯和其他超薄層狀范德瓦爾斯薄膜，揭示了令人興奮的新物理現(xiàn)象，這是以前無(wú)法訪問(wèn)的，為這項(xiàng)研究奠定了基礎(chǔ)。Pinczuk指出，納米加工的令人印象深刻的進(jìn)展對(duì)我們的工作至關(guān)重要。G工具箱，用于創(chuàng)建無(wú)數(shù)納米尺寸的高質(zhì)量圖案。這對(duì)于在我們領(lǐng)域工作的物理學(xué)家來(lái)說(shuō)是一個(gè)激動(dòng)人心的時(shí)刻。

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