超材料石墨烯開發取得重大突破

包括英國國家物理實驗室在內的跨歐研究小組開發出了一種令人難以置信的石墨烯材料，其將成為微型芯片和觸摸屏等未來高速電子產品的關鍵成分。在該成果的推進下，生產出作為未來納米技術基礎的新材料研究又向前邁了一步。
　　石墨烯早已展示出其巨大的潛力，但之前僅能實現小規模生產，對更好地測量、理解和開發造成了局限。在1月17日出版的《自然·納米技術》雜志上，研究人員首次向人們展示了如何擴展石墨烯尺寸并提升質量以滿足實際開發的方法，并成功地測量了其電子特性。這些重大突破克服了擴展石墨烯技術應用中的兩個最大障礙。
　　到目前為止，高質量的石墨烯只能以幾分之一毫米的形式體現，使用的是諸如用膠帶從石墨晶體上一層層加以剝離的辦法。要產生出可實用的電子器件則需要生長出更大尺寸的材料。而現在，研究人員終于首次用較大面積（大約50平方毫米）的石墨烯層成功制造并運行了大量的電子器件。
　　這個石墨烯樣本是在碳化硅上以外延法生成的，外延法是一種在一個晶體層上生長出另一晶體層的方法。有了這樣具有重要意義的樣本，不僅證明石墨烯能以可擴展的方式實際制作出來，也使得科學家可更好地理解其重要性能。
　　該項目的第二個重要突破是實現了以前所未有的精確度來測量石墨烯的電特性，從而為建立起更簡便、更準確的標準鋪平了道路。
　　測量電阻的國際標準都基于量子霍爾效應，即二維材料的電特性只能由其基本自然常數決定。截至目前，這種效應只在少量傳統半導體中才能展現出足夠的精度。此外，這樣的測量還需要在接近絕對零度的溫度下進行，同時還需施加非常強的磁場，但全世界僅有少數幾家專業實驗室具備這樣的條件。
　　長期來講，石墨烯傾向于能提供一個更好的標準，但目前的樣本尚不足以做到這一點。通過產生足夠大小和質量的樣本及準確地展示霍爾電阻，研究人員已證明石墨烯具有大規模取代傳統半導體的潛力。
　　此外石墨烯可在更高溫度下展示量子霍爾效應。這意味著石墨烯電阻標準可得到更廣泛的運用，也將有更多的實驗室能滿足測量所需的條件。除了運行速度和耐用性方面的優勢，這也將加快生產進程，使未來以石墨烯為基礎的電子技術產品成本降低。
　　英國國家物理實驗室量子檢測組的亞歷山大·察侖丘克教授指出，此項目最令人轟動的是，大面積的外延石墨烯不僅展示了其結構連續性，而且在精確測量所需的完美度上并不遜于發展歷史更悠久的傳統半導體。