最近的一項關(guān)于電子在超薄石墨層中的行為的研究表明，石墨薄層有望成為下一代納米電子元件材料，這種電子元件可以把電子當(dāng)作波來操控，就像是光學(xué)系統(tǒng)中操控光波一樣。
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    4月13日發(fā)表在《Science Express》雜志上的文章稱，美國佐治亞理工學(xué)院和法國國家科學(xué)研究中心（CNRS）的科學(xué)家們測量了石墨薄片中的電子輸運性質(zhì)時發(fā)現(xiàn)，石墨薄片的性能可以與碳納米管相媲美。比碳納米管更有優(yōu)勢的是，石墨薄片線路可以用現(xiàn)有的微電子學(xué)技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)。Walt de Heer教授說：“我們發(fā)現(xiàn)石墨材料有很高的電子遷移率，與光線在光導(dǎo)中傳播很類似�！眃e Heer的研究小組于2001年在美國自然科學(xué)基金會和英特爾公司的資助下開始的這項研究。
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    研究人員們在石墨薄片線路中觀察到了量子禁閉效應(yīng)，也就是說電子可以像波一樣通過石墨，石墨材料就像波導(dǎo)一樣。
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    碳納米管沒有有效電阻，但其結(jié)構(gòu)是離散的，而且性質(zhì)不穩(wěn)定，利用碳納米管制作實際可用的電子元件有很大的困難。但是連續(xù)的石墨薄片線路卻可以用標(biāo)準(zhǔn)的微電子技術(shù)制造成電子元件。de Heer說：“利用窄的石墨帶子，我們得到納米管的所有電子學(xué)性質(zhì)，因為這些性質(zhì)只用到了石墨和電子的禁閉性質(zhì)，而不需要納米結(jié)構(gòu)。”
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    研究人員們可以把石墨薄片相互連接起來，將其作為一個平臺，可以制作出很多電子元件。他們在高真空條件下加熱碳化硅晶片，使硅原子跑出來，剩下的就是連續(xù)的石墨薄片。研究人員們接下來在石墨表面涂上一層微電子技術(shù)中使用的光阻材料，利用電子束光刻技術(shù)，他們可以在石墨表面生成任何想要的形狀，然后再用傳統(tǒng)的腐蝕工藝把不需要的石墨除去。
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    研究人員們在佐治亞理工學(xué)院微電子學(xué)研究中心，用電子束光刻技術(shù)可以做出尺度只有80納米的線路，而且這種石墨薄片線路有很高的電子遷移率，最高可達(dá)25000平方厘米每伏特秒。室溫下，研究人員們希望能在足夠小的結(jié)構(gòu)中觀察到電子的彈道輸運。
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    至今，研究人員們已經(jīng)制造出一個完全由石墨組成的場效應(yīng)晶體管。當(dāng)對這個晶體管通入門電壓時，它的電阻發(fā)生了明顯的改變。但是，這個晶體管有嚴(yán)重的電流泄露，研究人員們希望通過比較小的調(diào)節(jié)可以消除這個缺點。另外，研究人員們還制出了一種量子干涉器件，這種環(huán)狀結(jié)構(gòu)器件可以用來操縱電子波。
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    影響石墨薄片線路性質(zhì)的關(guān)鍵因素是石墨條的寬度，石墨條可以像碳納米管一樣禁閉電子。石墨條的寬度決定了材料的能帶隙。
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    另外，研究人員們還發(fā)現(xiàn)電子通過石墨薄片的速度與電子能量無關(guān)，這個性質(zhì)與光類似。因為電子是狄拉克粒子，所以它們可以通過相當(dāng)長的距離而不受到散射。
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    目前研究中遇到的挑戰(zhàn)主要是改進(jìn)石墨成型技術(shù)，因為電子輸運性質(zhì)受到石墨薄片線路中邊沿的光滑性的影響。
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    de Heer說：“我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了石墨薄片材料中的一些新的、令人驚訝的性質(zhì)，我們正在研究以前二維材料中所沒有的現(xiàn)象�！�