一种控制石墨烯路径中电子颜色的装置 _知识经验

【一种控制石墨烯路径中电子颜色的装置】

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该装置由双层石墨烯制成，原子级薄六边形碳原子的排列提供了控制电子动量和电子路径能力的实验证据。与标准硅基晶体管相比，它可以减少能量，释放更少的热量。这是称为valleytronics的新物理领域的第一步。
“目前，基于硅的晶体管器件依靠电子电荷来开启或关闭器件，但许多实验室正在研究基于其他变量操纵电子的新方法，这些变量被称为自由度，”负责研究的宾夕法尼亚州立大学物理学副教授朱军说。“冲锋是一种自由。电子自旋是另一个，基于自旋(称为自旋电子学)构建晶体管的能力仍处于发展阶段。第三个电子自由度是电子的谷态，这是基于它们与动量相关的能量。”
朱建议，将电子产品视为汽车，将山谷地位视为蓝色和红色是区分它们的一种方式。在双层石墨烯片中，电子通常占据红色和蓝色的谷，并向各个方向传播。她的博士生李静一直试图让红色的车往一个方向开，而蓝色的车往相反的方向开。
“荆创造的系统在双层石墨烯片的上下放置了一对门。然后他加了一个垂直于平面的电场， ”朱说。
“通过在一侧施加正电压，在另一侧施加负电压，在双层石墨烯中打开带隙，这通常是不可用的，”李解释说。“在中间，在两侧之间，我们留下了大约70纳米的物理间隙。”
在这个间隙内，有一维金属态或线，它们是电子的彩色编码高速公路。红色的汽车朝一个方向行驶，蓝色的汽车朝相反的方向行驶。从理论上讲，有色电子可以不受阻碍地沿导线长距离传播，电阻很小。电阻越小，意味着电子设备的功耗越低，产生的热量越少。功耗和热管理是目前小型化器件面临的挑战。
“我们的实验表明，可以创造出金属线，”李说。“虽然在申请之前我们还有很长的路要走。”
朱补充说：“非常值得注意的是，这种状态可以在绝缘的双层石墨烯片内部产生，而且只使用了几扇门。他们还没有反抗。我们正在做更多的实验来找出阻力可能来自哪里。我们还试图建立一个基于电子颜色的阀门来控制电子流量。这是一个新的电子概念，叫做山谷电子。”
李与宾夕法尼亚州立大学纳米加工厂的技术人员密切合作，将理论框架转化为工作设备。
纳米光刻工程师查德艾希菲尔德(ChadEichfeld)说：“顶层和底层部门的协调是至关重要的，而不是一个微不足道的挑战。“宾夕法尼亚州立大学纳米制造实验室最先进的电子束光刻技术使Jing能够制造出具有纳米级特征的新器件。”