【儀表網(wǎng) 儀表上游】美國賓西法尼亞州州立大學(xué)材料研究學(xué)院研制出一種基于雙層石墨烯的設(shè)備，該設(shè)備不僅提供了電子動量控制的實驗證據(jù)，更重要的是由于比互補金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）晶體管需要少的能量，散發(fā)更小的熱量，因此可能為電子學(xué)開創(chuàng)一個新的分支。它使物理學(xué)新領(lǐng)域valleytronics又邁出了新的一步，論文《雙層石墨烯中的門控拓撲傳導(dǎo)通道》發(fā)表在《自然納米技術(shù)》雜志上。
　　

　　研究人員稱：“目前，硅基晶體管設(shè)備依靠電子的電荷來開啟或關(guān)閉，但很多實驗室正致力于通過名為自由度的其他變量控制電子”，他認(rèn)為，“電荷是一種自由度。電子自旋是另一種自由度，根據(jù)自旋電子學(xué)的自旋來構(gòu)建的晶體管的理論仍處于探索階段。而第三個電子自由度則為電子流態(tài)，其基于電子動量中的電子能量。” 如果將電子假定為汽車，將并子流態(tài)假定為藍色和紅色（只是用于區(qū)分電子和電子流態(tài)的一種方式）。在雙層石墨烯薄層中，電子通常會有紅色和藍色兩種流態(tài)并向各個方向移動。研究人員一直在研究一種能夠使紅色汽車向一個方向移動，藍色汽車向相反方向移動的設(shè)備。
　　
　　新研制的系統(tǒng)可在雙層石墨烯薄層的上下輸入一對格柵。然后添加了一個與平面垂直的電場。通過在一側(cè)施加正電壓，在另一側(cè)施加負電壓，可在雙層石墨烯中打開一個雙層石墨烯通常不存在的能帶隙。我們在雙層石墨烯中間、兩側(cè)之間留出一個大約70納米的物理間隙。在該物理間隙內(nèi)存在一維金屬狀態(tài)或電線，相當(dāng)于帶有彩色編碼的電子用高速公路。紅色汽車向同一方向運動，藍色汽車向反方向運動。理論上，彩色電子能夠沿著電線平順地移動很長距離，期間僅會承受很小的阻力。很小的阻力是指電子設(shè)備中會消耗較低電能并生成較少熱量。而在當(dāng)前的小型設(shè)備中，電能消耗和熱量管理也是一種挑戰(zhàn)。實驗表明，能夠創(chuàng)造出金屬線，但是距離其實際應(yīng)用還有很長的一段路要走。
　　
　　研究人員認(rèn)為，僅僅利用幾個格柵就能夠在絕緣雙層石墨烯薄層內(nèi)部創(chuàng)造出此種狀態(tài)已經(jīng)很值得關(guān)注了。雖然目前此類狀態(tài)仍然面臨電阻問題，但正在通過更多的實驗解釋這些電阻的可能來源。此外，研究人員還在嘗試構(gòu)建多個閥門來根據(jù)電子的顏色控制電子流動。這是valleytronics電子的一種新理念。”
　　
　　(原標(biāo)題：美國科學(xué)家利用石墨烯開發(fā)出電子流態(tài)控制設(shè)備，可能奠定未來電子學(xué)發(fā)展新方向）