新型數字開關由石墨烯和氮化硼納米管製成

政府新聞網


科學家將石墨烯和氮化硼納米管結合,製成全新的混合數字開關,可作為電子產品中控制電流的基本元件。未來有望藉此製成不含矽半導體的晶體管,讓計算機、手機、醫學設備和其他電子產品的速度更快、體積更小。 

石墨烯可“變身”為各種獨特的材料,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:石墨烯導體中電子釋放太快,無法控制電流;氮化硼納米管單獨存在時甚至是不能導電的絕緣體。 

據物理學家組織網報導,美國密歇根理工大學物理學家葉玉金(音譯)領導他的團隊將上述兩種材料的化學結構放大,找到其不匹配性,最終成功開發出全新的混合數字開關。他們在單分子層石墨烯表面蝕刻出許多小針孔,然後往針孔內引入氮化硼納米管,融合後的混合材料看起來就像一層樹皮上長著不規則的稀薄頭髮。 

由於化學結構的不匹配,兩種材料的結合點處會出現能隙的不匹配:石墨烯薄層導電快,而納米管內的原子結構會阻止電子流動,混合材料因此具有了能隙差(勢壘)。這些能隙差成為調控並阻止電子流動的關鍵。兩種材料之間的接觸點被稱為“異質結”,這些異質結就是數字開關。 

研究證明,新型混合開關具有更高的轉換係數,其開關速度比現有石墨烯轉換器高幾個數量級,這將加快電子產品和計算機的開發步伐。 

新型混合材料還能解決目前晶體管中矽半導體的兩大短板:不能更小以及大量發熱。另外,由於石墨烯和氮化硼納米管具有相同的原子排列即位點匹配,新型數字開關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製造更大的電流,但經常有電子會偏離原來的方向,大大降低電流的強度和速度。而新型混合開關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。



新聞中心