波紋圖案無處不在。它們是通過將兩個相似但不相同的幾何設計分層而創(chuàng)建的。一個常見的例子是通過第二個鐵絲網圍欄查看鐵絲網圍欄時有時會出現的模式。
十多年來，科學家們一直在試驗將一片石墨烯置于兩片氮化硼之間時出現的波紋圖案。由此產生的波紋圖案顯示出誘人的效果，可以極大地改進半導體芯片，這些芯片用于為從計算機到汽車的一切事物提供動力。由布法羅大學研究人員領導并發(fā)表在《自然通訊》上的一項新研究表明，石墨烯在這種情況下可以兌現其承諾。
“我們最近的工作表明，這種特殊的石墨烯和氮化硼夾層結構具有適用于新技術應用的特性，”布法羅大學電氣工程系教授兼系主任 Jonathan Bird 博士說。該研究的部分資金來自美國能源部和空軍科學研究辦公室的 MURI 資助。
石墨烯由碳制成，就像木炭和鉆石一樣。石墨烯的不同之處在于碳原子組合在一起的方式：它們以六邊形或蜂窩狀模式連接。由此產生的材料是已知存在的最薄的材料，如此之薄以至于科學家稱其為二維材料。
放任不管，石墨烯導電性很好——事實上，導電性太好了，無法用于微電子技術。但是，通過將石墨烯夾在兩層同樣具有六邊形圖案的氮化硼之間，會產生莫爾圖案。這種模式的存在伴隨著石墨烯特性的顯著變化，本質上將通常的導電材料轉變?yōu)榫哂校惏雽w）特性的材料，更適合在高級微電子學中使用。
這項研究確定了石墨烯中的莫爾圖案如何適用于新型通信設備、激光器和發(fā)光二極管等技術應用。“我們的工作證明了這種方法的可行性，表明我們正在研究的石墨烯/氮化硼三明治確實具有微電子所需的有利特性，”伯德說。
有問題的半導體芯片不僅在智能手機和醫(yī)療設備中必不可少，而且在洗碗機、吸塵器和家庭安全系統(tǒng)等智能家居設備中也是必不可少的。“現代技術依賴于構成系統(tǒng)核心并控制其運行的半導體芯片，”伯德說。“當你對著手機說話時，是芯片將你的聲音轉換為電子信號并將其傳輸到信號塔。”
石墨烯/氮化硼異質結構似乎具有適合工程設計的特性。開發(fā)基于這些材料的未來技術可能取決于發(fā)現和利用可實現更高速度和功能的特性。Bird 指出，在發(fā)現、對發(fā)現的興奮和實現發(fā)現的承諾之間通常存在滯后。直到 2004 年才發(fā)現石墨烯——它是如此普遍，以至于在任何用鉛筆潦草地寫下的便條中都有它的身影。
Bird 獲得了物理學博士學位，但他被電氣工程所吸引，因為這使他能夠通過研究半導體來探索量子物理學。量子物理學——“發(fā)生在原子尺度上的那種神奇物理學，”他解釋說——可以通過使用在原子水平上探索材料和過程的技術進行實驗來觀察。
“我們可以獲得一個系統(tǒng)來響應我們采取的行動，而這種響應反映了系統(tǒng)的原子和量子性質的細節(jié)，”他說。石墨烯引起了他的注意，因為它似乎是一種通過對半導體的研究來研究量子效應的方法。在 UB，他建立了一個名為 NoMaD 的實驗室，他、他的同事和他們的學生在那里研究“發(fā)生在納米尺度上的量子現象”。畢業(yè)生已在英特爾和 IBM 以及其他大學就職。
在這項研究中，Bird 和他的團隊在創(chuàng)造新技術必須達到的一定限度內探索了石墨烯的特性。半導體芯片行業(yè)是一個持續(xù)增長的龐大行業(yè)，需要新材料、使用現有材料的新方法以及能夠開發(fā)這兩種材料的新勞動力。
