石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2 杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。
2004年,英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·盖姆(Andre Geim)和康斯坦丁·诺沃消洛夫(Konstantin Novoselov)发现能用一种非常简单的方法得到越来越薄的石墨薄片。他们从热解石墨中剥离出石墨片,然后将石墨片的两面粘在一种特殊的胶带上,撕开胶带,就能把石墨片一分为二。不断地进行这样的操作,石墨片会越来越薄,最后,他们得到了仅由一层碳原子构成的石墨薄片,这就是石墨烯。
这两位科学家因在单层和双层石墨烯体系中分别发现了整数量子霍尔效应及常温条件下的量子霍尔效应,获得2010年的诺贝尔物理学奖。
石墨烯
石墨烯中的载流子遵循一种特殊的量子隧道效应,在碰到杂质时不会产生背散射,这是石墨烯具有超强导电性以及很高的载流子迁移率的原因。(www.xing528.com)
由于石墨烯结构的高度稳定性,这种晶体管在接近单个原子的尺度上依然能稳定地工作。相比之下,目前以硅为材料的晶体管在10 nm 左右的尺度上就会失去稳定性。石墨烯中电子对外场的反应速度非常快,由它制成的晶体管可以达到极高的工作频率。IBM 公司在2010年2月就已宣布将石墨烯晶体管的工作频率提高到了100 GHz,超过同等尺度的硅晶体管。
石墨烯目前最有潜力的应用是成为硅半导体材料替代品,制造超微型晶体管。这可能会维持摩尔定律的继续存在,或产生新的摩尔定律。
石墨烯也是超导体(即没有电阻或电阻可以忽略不计的)的好材料,2018年,中国少年曹原在麻省理工大学取得了突破,2018年3月5日,《自然》连刊两文报道曹原对石墨烯超导体的重大发现。2018年12月18日,曹原登上《自然》年度科学人物榜首。
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