新型石墨烯半導體或顛覆電子學

這種超材料表現優異，超越硅，可能引領電腦速度的革命。

全球首個功能性石墨烯半導體表現出色，超越了硅制半導體，這表明這種超材料可能是計算的未來。

背景：材料的導電性可根據其導電能力進行分類。如果電子能夠輕松通過它流動，它是“導體”；如果不能，它是“絕緣體”。在這兩者之間是“半導體”，這種材料在特定條件下可以很好地導電。

這一特性使半導體成為計算的支柱——通過使用半導體材料硅制造微芯片，我們可以輕松地控制電流何時流動或不流動，從而以計算機的語言發送“1”和“0”。

石墨烯半導體：然而，在計算芯片中，硅已經達到了其性能極限，因此在尋找替代材料的過程中，由喬治亞理工物理教授領導的團隊正在密切關注石墨烯，這是一種超強的二維碳形式。

“我們的動力是希望將石墨烯的三種特殊性質引入到電子學中，”德·赫爾說。“這是一種非常堅固的材料，可以處理非常大的電流，而且可以在不發熱和崩解的情況下完成。”

問題在于石墨烯并非天然的半導體。

有何新發現？通過過去的研究，德·赫爾的團隊發現了如何在碳化硅晶片上生長石墨烯，并經過多年的改進，他們找到了如何讓石墨烯表現出半導體特性的方法。

在他們最新的研究中，發表在《自然》雜志上，他們演示了如何“摻雜”石墨烯半導體以利用原子創建晶體管，即控制芯片中電流流動的開關之一。

“我們對研究石墨烯電子學的動力已經存在很長時間，其余的只是讓它發生，”德·赫爾說。“我們必須學會如何處理材料，如何使其變得越來越好，最終如何測量其性能。這花了很，很長時間。”

根據他們的測試，電子通過石墨烯半導體的流動比硅制半導體更為容易，這表明這種方法可能導致更快的計算機。

“這就像在碎石路上行駛與在高速公路上行駛，”德·赫爾說。“它更高效，不會發熱那么多，而且可以實現更高的速度，以便電子可以更快地移動。”

展望未來：電子行業不會一夜之間放棄硅而轉向石墨烯（或任何其他材料），當他們確實進行變革時，性能并非唯一的考慮因素——成本、耐用性、制造便捷性等都將起到作用。

然而，德·赫爾相信，當下一次電子領域的重大轉變發生時，石墨烯將處于其中心。

“石墨烯是下一個步驟，”他說。“誰知道在那之后會發生什么步驟，但石墨烯有很大可能在接下來的50年中成為典范。”