新型數字開關由石墨烯和氮化硼奈米管製成
- 發佈時間：2015-08-17 01:30:37 來源：科技日報 責任編輯：羅伯特
科技日報北京8月16日電 （記者聶翠蓉）科學家將石墨烯和氮化硼奈米管結合，製成全新的混合數字開關，可作為電子産品中控制電流的基本元件。未來有望借此製成不含硅半導體的電晶體，讓電腦、手機、醫學設備和其他電子産品的速度更快、體積更小。
石墨烯可“變身”為各種獨特的材料，氮化硼奈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；氮化硼奈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道，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奈米管，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，而奈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系數，其開關速度比現有石墨烯轉換器高幾個數量級，這將加快電子産品和電腦的開發步伐。
新型混合材料還能解決目前電晶體中硅半導體的兩大短板：不能更小以及大量發熱。另外，由於石墨烯和氮化硼奈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。
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