新型数字开关由石墨烯和氮化硼纳米管制成

2015年08月17日 来源： 科技日报

氮化硼纳米管和石墨烯的化学结构是制备新型数字开关的关键。

    科学家将石墨烯和氮化硼纳米管结合，制成全新的混合数字开关，可作为电子产品中控制电流的基本元件。未来有望借此制成不含硅半导体的晶体管，让计算机、手机、医学设备和其他电子产品的速度更快、体积更小。

    石墨烯可“变身”为各种独特的材料，氮化硼纳米管也可被加工成各种生物和物理材料，但这两种材料却没有在电子界取得一席之地：石墨烯导体中电子释放太快，无法控制电流；氮化硼纳米管单独存在时甚至是不能导电的绝缘体。

    据物理学家组织网报道，美国密歇根理工大学物理学家叶玉金（音译）领导他的团队将上述两种材料的化学结构放大，找到其不匹配性，最终成功开发出全新的混合数字开关。他们在单分子层石墨烯表面蚀刻出许多小针孔，然后往针孔内引入氮化硼纳米管，融合后的混合材料看起来就像一层树皮上长着不规则的稀薄头发。

    由于化学结构的不匹配，两种材料的结合点处会出现能隙的不匹配：石墨烯薄层导电快，而纳米管内的原子结构会阻止电子流动，混合材料因此具有了能隙差（势垒）。这些能隙差成为调控并阻止电子流动的关键。两种材料之间的接触点被称为“异质结”，这些异质结就是数字开关。

    研究证明，新型混合开关具有更高的转换系数，其开关速度比现有石墨烯转换器高几个数量级，这将加快电子产品和计算机的开发步伐。

    新型混合材料还能解决目前晶体管中硅半导体的两大短板：不能更小以及大量发热。另外，由于石墨烯和氮化硼纳米管具有相同的原子排列即位点匹配，新型数字开关还能避免电子流动分散的问题。电子只有朝同一个方向流动才能制造更大的电流，但经常有电子会偏离原来的方向，大大降低电流的强度和速度。而新型混合开关能控制高速前行电流中电子的方向，让偏离的电子回归正轨。（记者聂翠蓉）