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石墨烯:晶片级、应变电子学和可果美晶格。

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圆片规模石墨烯
为了让石墨烯在光子器件中发挥更大的作用,来自CNIT、ittituto Italiano di tecologia (IIT)、Tecip研究所、剑桥大学、石墨烯旗舰联合会员及衍生CamGraphIC的研究人员开发了一种新型的石墨烯器件圆片规模石墨烯制备采用预先确定的石墨烯单晶模板的技术,允许集成到硅晶圆中。

采用单晶石墨烯阵列使这种新的制造技术成为可能。印度理工学院石墨烯实验室协调员卡米拉·科莱蒂解释说:“传统上,当目标是晶片规模的集成时,人们需要种植一个晶片大小的石墨烯层,然后将其转移到硅上。”“将原子厚度的石墨烯层转移到晶圆上,同时保持其完整性和质量是具有挑战性的。这项工作中采用的晶体播种、生长和转移技术确保了片级高迁移率石墨烯的需求:这对可伸缩制造光子器件如调制器来说是一个巨大的优势。”

“硅和锗本身就有局限性;然而,石墨烯提供了许多优势,”来自CNIT、INPHOTEC和CamGraphiC的Marco Romagnoli补充道。“这种方法使我们能够在一个晶圆中获得超过12000个石墨烯晶体,与石墨烯光子器件所需的精确配置和配置相匹配。”

此外,该工艺与现有的自动化制造系统兼容,该团队表示,这将加快工业的吸收和实施。

为了测试这种方法,研究人员用它设计了高速石墨烯光电探测器。石墨烯光电探测器能够吸收从紫外线到远红外的光,用于超宽带通信。该团队表示,由于石墨烯设备中载流子的超高流动性,数据传输速度可以超过每秒100千兆比特。

Romagnoli指出,石墨烯也可以减少能源使用。“在石墨烯中,几乎所有的光能都可以转化为电信号,这大大降低了电能消耗,并使效率最大化。”

“这是高质量石墨烯首次在晶片规模上集成,”石墨烯在光子学和光电子学领域的旗舰领导者Frank Koppens说。“这项工作通过揭示高产量和高速吸收调制器显示了直接的相关性。这些令人印象深刻的成就使石墨烯设备的商业化与5G通信非常接近。”

石墨烯straintronics
苏塞克斯大学、海拉斯研究与技术基金会、拉夫堡大学、莱斯大学和特兰托大学的物理学家们使用了这种方法折纸技术为了让石墨烯表现得像晶体管,在材料结构上增加扭结和褶皱。

“我们正在机械地在一层石墨烯上制造扭结。有点像纳米折纸。使用这些纳米材料将使我们的计算机芯片更小、更快,”苏塞克斯大学数学与物理科学学院教授艾伦·道尔顿说。这种技术——“应变电子学”使用的是纳米材料,而不是电子产品——允许在任何设备内放置更多芯片。我们想用电脑做的任何事情——让电脑加速——都可以通过像这样把石墨烯弄皱来实现。”

研究人员使用原子力显微镜和拉曼光谱绘图来研究在石墨烯和另一种二维材料二硫化钼中引入结构缺陷所产生的特性。

苏塞克斯大学纳米结构材料研究员Manoj Tripathi博士补充说:“我们已经证明,我们可以通过故意在结构中添加扭结来从石墨烯和其他2D材料中创建结构,而不必向设备中添加外来材料。”“通过制造这种波纹,我们可以创造一种智能电子元件,比如晶体管或逻辑门。”

戈薇石墨烯
巴塞尔大学和伯尔尼大学的物理学家们提出了一种新的石墨烯复合它表现为半导体,可能还有其他有趣的特性。

石墨烯是由碳原子和少量氮原子组成的六边形和三角形网格,研究人员称其为“kagome晶格”石墨烯,这是一种使用相同图案的日本编织技术。

为了生产可果美石墨烯,该团队通过气相沉积将前驱体应用于银衬底,然后将其加热,在金属表面形成有机金属中间体。进一步加热会产生只由碳原子和氮原子组成的可果石墨烯。

“我们使用扫描隧道和原子力显微镜来研究kagome晶格的结构和电子性质,”Rémy Pawlak博士说,

利用原子力显微镜,研究人员发现,通过施加电压选择的具有特定能量的电子被“捕获”在kagome石墨烯晶格中出现的三角形之间。在传统的石墨烯中,电子是离域的,或在晶格中分布于不同的能态。

巴塞尔大学的教授Ernst Meyer解释说:“在kagome石墨烯中观察到的定位是理想的,也是我们一直在寻找的。”“它导致电子之间的强烈相互作用,反过来,这些相互作用为不寻常的现象提供了基础,如无电阻导电。”

此外,可果美石墨烯显示出半导体性质。该团队计划将kagome晶格从金属衬底中分离出来,并进一步研究其电子特性。

“实验中确定的平带结构支持了理论计算,该计算预测了kagome晶格中可能发生激励性电子和磁性现象。在未来,可果美石墨烯可以作为可持续和高效的电子元件的关键组成部分,”Meyer补充道。



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