丹麦技术大学 纳米结构石墨烯
荣誉:卡尔·奥托·莫斯加德 15年来，科学家们一直试图利用“奇迹材料”石墨烯来生产纳米电子产品
从理论上来说，石墨烯应该很棒:它非常薄——只有一个原子厚，因此是二维的，它在传导电流方面非常出色，并且为未来更快、更节能的电子产品形式带来了巨大的希望
此外，石墨烯由碳原子组成——我们有无限量的碳原子供应
从理论上讲，石墨烯可以被改变来执行许多不同的任务
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电子学、光子学或传感器只是通过在其中切割微小的图案，因为这从根本上改变了它的量子特性
一个“简单”的任务，已经证明是令人惊讶的困难，是诱导一个带隙——这是制造晶体管和光电器件的关键
然而，由于石墨烯只有一个原子厚，所有的原子都很重要，即使图案中微小的不规则也会破坏其特性
“石墨烯是一种神奇的材料，我认为它将在制造新的纳米电子产品中发挥至关重要的作用
“问题是设计电学性质极其困难，”彼得·伯吉尔德说，他是德州理工大学物理学教授
纳米结构石墨烯中心DTU和奥尔堡大学成立于2012年，专门研究如何通过在极小范围内改变石墨烯的形状来定制石墨烯的电学性质
当石墨烯真正形成图案时，来自DTU和奥尔堡的研究团队和世界各地的其他研究人员经历了同样的事情:它不起作用
“当你在像石墨烯这样的材料上制作图案时，你这样做是为了以可控的方式改变它的属性——以符合你的设计
然而，这些年来我们所看到的是，我们可以制造孔，但是不能不引入如此多的无序和污染，以至于它不再表现得像石墨烯一样
这有点类似于制造一根水管，由于制造不良而部分堵塞
从外面看，它可能看起来不错，但水不能自由流动
对电子产品来说，这显然是灾难性的，”彼得·伯吉尔德说
现在，科学家团队已经解决了这个问题
研究结果发表在《自然纳米技术》杂志上
两位来自DTU物理学的博士后，比亚克·杰森和琳·甘梅尔加德，首先将石墨烯封装在另一种二维材料中——六方氮化硼，一种通常用于保护石墨烯性质的非导电材料
接下来，他们使用了一种叫做电子束光刻的技术，用密集的超小孔阵列小心地在下面的氮化硼和石墨烯保护层上形成图案
这些孔的直径约为
20纳米，中间只有12纳米——然而，孔边缘的粗糙度小于1纳米，或十亿分之一米
这使得电流比在这种小石墨烯结构中报道的电流多1000倍
不仅如此
“我们已经表明，我们可以控制石墨烯的能带结构，并设计其行为方式
当我们控制能带结构时，我们就可以获得石墨烯的所有特性——令我们惊讶的是，我们发现一些最微妙的量子电子效应在密集的图案化中幸存了下来——这非常令人鼓舞
“我们的工作表明，我们可以坐在电脑前设计组件和设备——或者想象一些全新的东西——然后去实验室，在实践中实现它们，”彼得·伯吉尔德说
他继续说道: “许多科学家早就放弃了在石墨烯上进行这种规模的纳米光刻的尝试，这很遗憾，因为纳米结构是开发石墨烯电子学和光子学最令人兴奋的特性的重要工具
现在我们已经想出了怎么做；人们可以说诅咒解除了
彼得·伯吉尔德说:“还有其他挑战，但我们可以定制石墨烯的电子特性，这是朝着创造尺寸极小的新电子产品迈出的一大步。”
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