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电子束光刻出控制石墨烯电子“颜色”的器件

发布日期:2022-10-23 22:30

本文摘要:一种由双层石墨烯一种六边形排序的碳原子薄层做成的器件,获取了掌控电子动量的实验证据,和获取了一条通向有可能比标准的CMOS晶体管必须较少的能量和释放出较少的冷的电子器件的途径。这是向一个被称作谷电子的新物理领域行进的一步。 目前的硅基晶体管器件依赖电子的电荷来电源器件,但是许多实验室正在找寻基于别的变量来操控电子的新的方式,这些变量被称作维度,该研究的主导者JunZhu说道,他是宾州州立大学物理学助理教授。 电荷是其中一个维度。

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一种由双层石墨烯一种六边形排序的碳原子薄层做成的器件,获取了掌控电子动量的实验证据,和获取了一条通向有可能比标准的CMOS晶体管必须较少的能量和释放出较少的冷的电子器件的途径。这是向一个被称作谷电子的新物理领域行进的一步。  目前的硅基晶体管器件依赖电子的电荷来电源器件,但是许多实验室正在找寻基于别的变量来操控电子的新的方式,这些变量被称作维度,该研究的主导者JunZhu说道,他是宾州州立大学物理学助理教授。

电荷是其中一个维度。电子自旋是另一个维度,而被称作磁矩电子学的基于磁矩而制作晶体管的能力还正处于开发阶段。

电子的第三个维度是电子的谷状态,其基于与它们的动量涉及的能量。  Zhu说道,可以将电子想象成汽车,将谷状态当作红色或蓝色等车的颜色,作为一种区别它们的方式。

在双层石墨烯的薄层中,电子一般来说不会同时占有红色和蓝色的谷状态,并不会向所有的方向运动。而她的博士生JingLi所研究的这个器件可以让红车沿着一个方向运动,而蓝车沿着忽略的方向运动。

  Jing制作的这个系统在双层石墨烯薄片的上下摆放了一对门电路。然后他产生了一个垂直平面的电场,Zhu说道。  通过在一面产生一个于是以电压和在另一面产生一个胜电压,在双层石墨烯之中就关上了一个带上隙,而这一般来说是没的。在这两面之间的中间方位,我们保有了一个约70纳米的物理间隙,Li说明说道。

  这是在这个实验中所用于的器件的一幅扫瞄电子显微镜图像。石墨烯与六方氮化硼的薄层被填充在一起,然后用电子束光刻做成该器件。紫色层是双层石墨烯片。

底下分离的门电路对(黑色方块)是由多层石墨烯做成。顶面分离的门电路对(金色方块)是由金做成。该一维线不存在于分离的门电路构成的间隙内。

  在这个间隙内不存在着一维的金属状态,或金属线,其是展开了颜色编码的电子高速路。在这些路上,红车沿着一个方向运动,而蓝车沿着忽略的方向运动。理论上,带上颜色的电子可以在较小的电阻下完全不不受妨碍地沿着电线飞行中很长的距离。

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小电阻意味著电子器件的消耗的功率更加较低和产生的热量更加较少。在当今的小型化器件中的功率消耗和热管理都是一个挑战。

  我们的实验指出,金属线是可以被生产出来的,Li说道。虽然我们距离实际的应用于还有很长的路要回头。  Zhu补足说道:意味着用于几个门电路就可以在绝缘的双层石墨烯片内部产生这样的状态是非比寻常的。

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它们还不是几乎无电阻,我们正在做到更加多的实验来理解电阻有可能来自何处。我们也企图生产基于电子的颜色来掌控电子流的阀门。

这是一个被称作谷电子的新的电子概念。  Li与宾州州立大学纳米加工实验室的技术人员密切合作来使该理论框架变为一个工作器件。  顶部和底部的门电路的对准是至关重要的,这是一个不憧憬的挑战。

宾州州立大学纳米实验室先进设备的电子束光刻能力使得Jing需要生产出有这个具备纳米功能的新器件,纳米光刻工程师ChadEichfeld说道。  他们的为题《双层石墨烯的门控流形导电地下通道》的论文公开发表在8月29日的《大自然纳米技术(NatureNanotechnology)》杂志在线版上。其他作者还包括中国科技大学的KeWang,YafeiRen以及他们的导师ZenhuaQiao,他们展开了数值研究来仿真金属线的不道德。

该实验中所用的高质量六方氮化硼晶体来自日本国家材料科学研究所的KenjiWatanabe和TakashiTaniguchi。两个本科学生,KentonMcFaul和ZacharyZern也对该研究作出了贡献。

  该研究的资金由美国海军研究办公室,美国国家科学基金会以及中国和日本的资助机构获取。来自Grove城市学院的采访学生KentonMcFaul由一个美国国家科学基金(NSF)和国家纳米技术基础研究网络(NNIN)许可的大学生研究进修计划资助。

JunZhu是宾州州立大学材料研究所二维层状材料中心的一名成员。


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