石墨烯與其環(huán)境之間的相互作用對(duì)半導(dǎo)體工業(yè)對(duì)這種有前途的材料的使用具有顯著影響。由于國(guó)際研究項(xiàng)目的全面發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在可以更好地理解這些相互作用，并可以對(duì)其進(jìn)行控制。

石墨烯是原子薄的碳層。由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和電子特性，該材料具有巨大的潛力，并且是高期望的焦點(diǎn)-然而，具體的用途和應(yīng)用還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)。就可行的應(yīng)用而言，通常情況就是這樣，魔鬼就是細(xì)節(jié)。由奧地利科學(xué)基金會(huì)FWF資助的一個(gè)項(xiàng)目已成功掌握了其中一些細(xì)節(jié)。

“基于石墨烯的單個(gè)組件已經(jīng)具有突出的特性，”維也納大學(xué)材料系電子特性項(xiàng)目負(fù)責(zé)人ThomasPichler解釋道。“然而，其作為集成電子元件應(yīng)用的重大突破尚未出現(xiàn)。根本不可能以可靠的方式將這種材料用于已建立的半導(dǎo)體技術(shù)。”最大的障礙之一是在原子水平上缺乏對(duì)石墨烯與其環(huán)境相互作用的控制。因此，幾乎不可能以可預(yù)測(cè)和有針對(duì)性的方式部署材料。甚至石墨烯和基板之間的相互作用，由于其極薄，它也必須應(yīng)用于基板，部分地理解。Pichler和他的研究團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在已經(jīng)確定了這種相互作用的本質(zhì)。

該團(tuán)隊(duì)也立即成功獲得了一些令人驚訝的新見(jiàn)解。“我們能夠首次證明電荷轉(zhuǎn)移-電子轉(zhuǎn)移與石墨烯中的機(jī)械應(yīng)變之間的相關(guān)性，”P(pán)ichler說(shuō)。“這一觀察結(jié)果可能具有重大的實(shí)際意義，因?yàn)檫@意味著未來(lái)可能會(huì)對(duì)基于石墨烯的組件內(nèi)部應(yīng)變進(jìn)行完全無(wú)接觸的測(cè)量。”

該團(tuán)隊(duì)還在有針對(duì)性地控制石墨烯環(huán)境方面取得了重大成功。在該項(xiàng)目的框架內(nèi)，有可能首次在原子水平上控制石墨烯與鍺等傳統(tǒng)半導(dǎo)體之間的界面。許多人認(rèn)為這是使石墨烯基納米電子元件可用于半導(dǎo)體技術(shù)的重要一步。

合作項(xiàng)目成功的關(guān)鍵在于兩個(gè)過(guò)程的最佳組合和實(shí)施。Pichler和他的團(tuán)隊(duì)使用了最新的光譜測(cè)量技術(shù)，并通過(guò)所謂的ab-initio計(jì)算對(duì)其進(jìn)行了補(bǔ)充，這些計(jì)算由里爾大學(xué)電子，微電子和納米技術(shù)研究所的LudgerWirtz領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行。

該項(xiàng)目成功生產(chǎn)了大量電子絕緣石墨烯樣品。這為實(shí)驗(yàn)工作提供了最佳起始材料。“然后我們故意操縱石墨烯的電子結(jié)構(gòu)，”P(pán)ichler說(shuō)，解釋了該項(xiàng)目采用的方法。“為此，例如，我們用氫或氮原子取代了石墨烯基板中的某些原子，并測(cè)量了這種取代對(duì)石墨烯的影響。”P(pán)ichler及其團(tuán)隊(duì)采用的另一種方法涉及一種稱為插層的方法。利用該方法，在石墨烯和基板之間插入晶片薄的鉀，鋰或鋇層，并且表征對(duì)石墨烯的所得沖擊。

這些步驟為FWF項(xiàng)目產(chǎn)生的許多其他進(jìn)展鋪平了道路，這些進(jìn)展仍然需要能夠全面使用奇跡材料石墨烯。在像石墨烯這樣的“奇跡工作者”可以投入實(shí)際使用之前，仍有許多挑戰(zhàn)需要克服。基礎(chǔ)研究將在克服這些挑戰(zhàn)方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。