加州大学伯克利分校 宽带金属石墨烯纳米带的扫描隧道显微镜图像
每一簇突起对应一个单占据的电子轨道
每个团簇附近的五边形环的形成导致金属GNRs的电导率增加了十倍以上
GNR主干的宽度为1
6纳米
学分:加州大学伯克利分校/丹尼尔·里佐 基于碳而不是硅的晶体管可能会提高计算机的速度，并将它们的功耗降低一千倍以上——想想一部可以充电几个月的手机——但构建可工作的碳电路所需的一套工具迄今为止仍然不完整
加州大学伯克利分校的一个化学家和物理学家团队最终创造了工具箱中的最后一个工具，一根完全由碳制成的金属线，为制造碳基晶体管以及最终制造计算机的研究奠定了基础
加州大学伯克利分校的化学教授费利克斯·费舍尔说:“在碳基材料的领域内，停留在同一种材料内，是现在将这项技术结合在一起的原因。”他指出，用同一种材料制造所有电路元件的能力使得制造更加容易
“这一直是全碳基集成电路架构大局中缺失的关键因素之一
" 金属线——就像用于连接计算机芯片中晶体管的金属通道——将电流从一个设备输送到另一个设备，并将晶体管(计算机的组成部分)中的半导体元件相互连接起来
加州大学伯克利分校的研究小组多年来一直致力于如何用石墨烯纳米带制造半导体和绝缘体，石墨烯纳米带是一种狭窄的一维原子厚度的石墨烯带，这种结构完全由碳原子组成，排列成类似鸡丝的互连六边形图案
这种新的碳基金属也是石墨烯纳米带，但设计时着眼于在全碳晶体管的半导体纳米带之间传导电子
费希尔的同事、加州大学伯克利分校的物理学教授迈克尔·克罗米说，金属纳米带是由相同的小积木组装而成的，这是一种自下而上的方法
每个构件都贡献了一个可以沿着纳米带自由流动的电子
虽然其他碳基材料——如二维石墨烯和碳纳米管——可以是金属的，但它们也有自己的问题
例如，将二维石墨烯片重塑为纳米尺度的条带，会自发地将它们变成半导体，甚至绝缘体
碳纳米管是优良的导体，不能像纳米带那样以同样的精度和再现性大量制备
“纳米带使我们能够使用自下而上的制造方法，以化学方式接近各种各样的结构，这在纳米管中是不可能的，”克罗米说
“这让我们能够基本上将电子缝合在一起，制造出金属纳米带，这是以前从未做过的事
这是石墨烯纳米带技术领域的重大挑战之一，也是我们对此如此兴奋的原因
" 金属石墨烯纳米带——其特点是具有金属的宽的、部分填充的电子带特征——在电导方面应该与二维石墨烯本身相当
“我们认为金属线确实是一个突破；这是我们第一次能够有意地用碳基材料制造一种超窄的金属导体——一种良好的内在导体，而不需要外部掺杂
克罗米、费舍尔和他们在加州大学伯克利分校和劳伦斯·伯克利国家实验室(伯克利实验室)的同事将在9月10日发表他们的发现
25期《科学》杂志
窄带金属石墨烯纳米带的扫描隧道显微镜图像
白色突起对应于单占据的电子轨道，这些电子轨道被仔细排列以形成扩展的导电状态
这里GNR主干的宽度只有1
6纳米
学分:加州大学伯克利分校/丹尼尔·里佐 调整拓扑 几十年来，基于硅的集成电路一直以不断提高的速度和性能为计算机提供动力，这符合摩尔定律，但它们正在达到速度极限——即它们在0和1之间切换的速度
降低功耗也变得越来越难；计算机已经使用了世界能源生产的很大一部分
费希尔说，碳基电脑的切换速度可能比硅电脑快很多倍，而且只需消耗一小部分电能
石墨烯是纯碳，是下一代碳基计算机的主要竞争者
然而，石墨烯的窄条主要是半导体，挑战在于如何让它们同时作为绝缘体和金属——分别是完全不导电和完全导电的两个极端——来完全用碳来制造晶体管和处理器
几年前，菲舍尔和克罗米与加州大学伯克利分校的物理学教授、理论材料科学家史蒂文·路易合作，发现了连接小长度纳米带的新方法，从而可靠地创造出完整的导电特性
两年前，该团队证明了通过以正确的方式连接纳米带的短片段，每个片段中的电子可以被排列成新的拓扑状态——一种特殊的量子波函数——从而产生可调的半导体特性
在这项新工作中，他们使用类似的技术将纳米带的短段缝合在一起，形成一条几十纳米长、仅一纳米宽的导电金属线
纳米带是用化学方法制造的，用扫描隧道显微镜在非常平坦的表面成像
简单的加热被用来诱导分子发生化学反应，并以正确的方式结合在一起
费希尔将菊花链积木的组装比作一套乐高积木，但乐高积木的设计适合原子尺度
“它们都是经过精确设计的，因此只有一种方式可以将它们组合在一起
他说:“就好像你拿着一袋乐高积木，摇一摇，就出来了一辆完全组装好的汽车。”
“这就是用化学来控制自我组装的魔力
" 一旦组装好，新的纳米带的电子态是一种金属——正如路易所预测的那样——每个片段贡献一个导电电子
最终的突破可以归因于纳米带结构的微小变化
“利用化学，我们创造了一个微小的变化，大约每100个原子中只有一个化学键发生变化，但这将纳米带的金属性提高了20倍，从实用的角度来看，这对于使它成为一种好金属很重要，”克罗米说
两位研究人员正在与加州大学伯克利分校的电气工程师合作，将他们的半导体、绝缘和金属石墨烯纳米带工具箱组装成工作晶体管
“我相信这项技术将在未来彻底改变我们制造集成电路的方式，”费舍尔说
“这将使我们从目前硅的最佳性能上向前迈进一大步
我们现在有了一条以低得多的功耗获得更快交换速度的途径
这就是推动未来碳基电子半导体产业发展的动力
"
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
