一種控制石墨烯路徑中電子顏色的裝置 _知識經驗

【一種控制石墨烯路徑中電子顏色的裝置】

文章插圖
該裝置由雙層石墨烯制成，原子級薄六邊形碳原子的排列提供了控制電子動量和電子路徑能力的實驗證據。與標準硅基晶體管相比，它可以減少能量，釋放更少的熱量。這是稱為valleytronics的新物理領域的第一步。
“目前，基于硅的晶體管器件依靠電子電荷來開啟或關閉器件，但許多實驗室正在研究基于其他變量操縱電子的新方法，這些變量被稱為自由度，”負責研究的賓夕法尼亞州立大學物理學副教授朱軍說。“沖鋒是一種自由。電子自旋是另一個，基于自旋(稱為自旋電子學)構建晶體管的能力仍處于發展階段。第三個電子自由度是電子的谷態，這是基于它們與動量相關的能量。”
朱建議，將電子產品視為汽車，將山谷地位視為藍色和紅色是區分它們的一種方式。在雙層石墨烯片中，電子通常占據紅色和藍色的谷，并向各個方向傳播。她的博士生李靜一直試圖讓紅色的車往一個方向開，而藍色的車往相反的方向開。
“荊創造的系統在雙層石墨烯片的上下放置了一對門。然后他加了一個垂直于平面的電場， ”朱說。
“通過在一側施加正電壓，在另一側施加負電壓，在雙層石墨烯中打開帶隙，這通常是不可用的，”李解釋說。“在中間，在兩側之間，我們留下了大約70納米的物理間隙。”
在這個間隙內，有一維金屬態或線，它們是電子的彩色編碼高速公路。紅色的汽車朝一個方向行駛，藍色的汽車朝相反的方向行駛。從理論上講，有色電子可以不受阻礙地沿導線長距離傳播，電阻很小。電阻越小，意味著電子設備的功耗越低，產生的熱量越少。功耗和熱管理是目前小型化器件面臨的挑戰。
“我們的實驗表明，可以創造出金屬線，”李說。“雖然在申請之前我們還有很長的路要走。”
朱補充說：“非常值得注意的是，這種狀態可以在絕緣的雙層石墨烯片內部產生，而且只使用了幾扇門。他們還沒有反抗。我們正在做更多的實驗來找出阻力可能來自哪里。我們還試圖建立一個基于電子顏色的閥門來控制電子流量。這是一個新的電子概念，叫做山谷電子。”
李與賓夕法尼亞州立大學納米加工廠的技術人員密切合作，將理論框架轉化為工作設備。
納米光刻工程師查德艾希菲爾德(ChadEichfeld)說：“頂層和底層部門的協調是至關重要的，而不是一個微不足道的挑戰。“賓夕法尼亞州立大學納米制造實驗室最先進的電子束光刻技術使Jing能夠制造出具有納米級特征的新器件。”