超強且只有一個原子厚的石墨烯有望成為從微電子到清潔能源存儲的所有納米材料。但缺乏一種屬性限制了它的使用?，F在，普林斯頓大學和美國能源部 (DOE) 普林斯頓等離子體物理實驗室 (PPPL) 的研究人員使用低溫等離子體克服了這個問題，創造了一種新技術，為各種工業和科學應用打開了大門。

　　比鋼鐵強

　　石墨烯比鉆石更硬，比鋼更堅固，可以成為下一代技術的基礎。但是，構成石墨烯的鉛筆鉛石墨中缺乏一種稱為帶隙的特性，這限制了其作為半導體發揮作用的能力，而半導體是微電子設備的核心材料。半導體既絕緣又傳導電流，但雖然石墨烯是一種極好的導體，但它不能在沒有帶隙的情況下用作絕緣體。

　　“人們使用具有半導體帶隙的硅，”相關人員說。“在石墨烯上打開一個相當大的帶隙已經引起了對半導體應用的深入研究。”

　　這一困境促使各地的科學家探索在石墨烯中產生帶隙的方法，以擴大其潛在應用。一種流行的方法是用氫對石墨烯的表面進行化學改性，這一過程稱為“氫化”。但這樣做的傳統方法會產生不可逆的蝕刻和濺射，這會在幾秒鐘或幾分鐘內嚴重損壞石墨烯（因其超薄特性而被稱為 2D 材料）的表面。

　　普林斯頓大學和 PPPL 的科學家現在已經證明，一種氫化石墨烯的新方法可以安全地為廣泛的微電子應用打開大門。該方法標志著一種產生氫等離子體的新方法，該方法大大拓寬了二維材料中的氫覆蓋范圍。“由于石墨烯損傷低，這個過程產生了更長的氫處理時間，”相關人員說。

　　等離子體是由自由電子和原子核組成的熱帶電物質狀態，占可見宇宙的 99%。PPPL 開發的用于氫化石墨烯的低溫氫等離子體與長期以來一直是 PPPL 研究標志的百萬度聚變等離子體形成對比，該研究旨在開發安全、清潔和豐富的聚變能源來發電。

 

　　從托勒密分拆

　　這種新方法源自一項名為托勒密的實驗。該項目利用氚（氫的放射性同位素）的衰變來捕獲在創造宇宙的大爆炸后幾秒鐘出現的殘余中微子。根據托勒密項目，這些遺跡可以為宇宙大爆炸提供新的線索。

　　為了提高衰變的檢測率，塔利求助于 PPPL 物理學家 Yevgeny

　　“PPPL 準備聯合起來并帶來變革性的 2D 材料特性是鼓舞人心的，”相關人員說。“打破石墨烯氫化產率的紀錄是對 PPPL 獨特能力的致敬。”

　　研究人員開發了一種方法來擴大容納氚衰變的石墨烯中氫的覆蓋范圍。該過程大大增加了石墨烯的未來應用。“這種從托勒密衍生出來的產品現在可用于微電子、QIS [量子信息科學] 和其他應用，”研究人員說。“該方法也可以應用于其他二維材料。”

　　衍生產品將電場和磁場結合起來，產生氫等離子體，提供充足的氫，同時對石墨烯的損傷低。這種溫和且控制良好的方法本身是 研究人員在研究霍爾推進器、基于等離子體的航天器推進發動機時開發的研究的衍生產品。該技術在 PPPL 實驗中氫化石墨烯長達 30 分鐘，大大增加了氫覆蓋率并打開了將石墨烯轉化為半導體材料的帶隙。