全新石墨烯纳米电子平台有望完美取代硅

随着硅在适应快速计算方面的能力几乎达到极限，现在比以往任何时候都更需要下一个大型纳米电子平台。因此，在纳米电子学领域，一个非常紧迫的任务就是寻找一种可以取代硅的材料。

近期，美国佐治亚理工学院研究人员开发了一种新的基于石墨烯的纳米电子学平台——单片碳原子。据悉，该技术可以与传统的微电子制造兼容，有助于制造出更小、更快、更高效和更可持续的计算机芯片，并对量子和高性能计算具有潜在影响。

研究人员指出，“石墨烯的力量在于其平坦的二维结构，这种结构由已知最强的化学键结合在一起。相较于硅，石墨烯可微型化的程度更深、能以更高的速度运行并产生更少的热量。这意味着，原则上，单一的石墨烯芯片要比硅芯片内可封装更多器件。”

为了创建新的纳米电子平台，研究人员在碳化硅晶体基板上创建了一种改良形式的外延石墨烯，用电子级碳化硅晶体生产了独特的碳化硅芯片。

研究人员使用电子束光刻技术（微电子学中常用的一种方法）来雕刻石墨烯纳米结构，并将其边缘焊接到碳化硅芯片上。这一过程机械地稳定和密封石墨烯的边缘，否则它会与氧气和其他可能干扰沿边缘电荷运动的气体发生反应。

最后，为了测量石墨烯平台的电子性能，该团队使用了一个低温设备，使他们能够记录从接近零摄氏度到室温下的特性。他们的研究成果已于近期发表在了《自然·通讯》杂志上。

研究小组在石墨烯边缘态下观察到的电荷类似于光纤中的光子，可以在不散射的情况下长距离传播。他们发现电荷在散射之前沿边缘移动了数万纳米。在之前的技术中，石墨烯电子只能移动约10纳米，然后就会撞到小缺陷并向不同方向散射。

在金属中，电流由带负电的电子传递。但与研究人员的预期相反，他们的测量表明，边缘电流不是由电子或空穴携带的。相反，电流是由一种不同寻常的准粒子携带的，这种准粒子既没有电荷也没有能量，但运动时没有阻力。尽管是单个物体，但观察到混合准粒子的成分在石墨烯边缘的相对侧移动。

研究人员表示，其独特的性质表明，这种准粒子可能是物理学家几十年来一直希望利用的粒子——马约拉纳费米子。

“在无缝连接的石墨烯网络中使用这种新的准粒子开发电子产品将改变游戏规则。”他们补充道，“我们可能还需要5到10年才能拥有第一个基于石墨烯的电子产品。但由于我们团队新的外延石墨烯平台，技术比以往任何时候都更接近让石墨烯成为硅的继承者。”