English
簡(jiǎn)體中文
超強(qiáng)且只有一個(gè)原子厚的石墨烯有望成為從微電子到清潔能源存儲(chǔ)的所有納米材料。但缺乏一種屬性限制了它的使用。現(xiàn)在，普林斯頓大學(xué)和美國能源部 (DOE) 普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室 (PPPL) 的研究人員使用低溫等離子體克服了這個(gè)問題，創(chuàng)造了一種新技術(shù)，為各種工業(yè)和科學(xué)應(yīng)用打開了大門。
比鋼鐵強(qiáng)
石墨烯比鉆石更硬，比鋼更堅(jiān)固，可以成為下一代技術(shù)的基礎(chǔ)。但是，構(gòu)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(dǎo)體發(fā)揮作用的能力，而半導(dǎo)體是微電子設(shè)備的核心材料。半導(dǎo)體既絕緣又傳導(dǎo)電流，但雖然石墨烯是一種極好的導(dǎo)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(dǎo)體帶隙的硅，”相關(guān)人員說。“在石墨烯上打開一個(gè)相當(dāng)大的帶隙已經(jīng)引起了對(duì)半導(dǎo)體應(yīng)用的深入研究。”
這一困境促使各地的科學(xué)家探索在石墨烯中產(chǎn)生帶隙的方法，以擴(kuò)大其潛在應(yīng)用。一種流行的方法是用氫對(duì)石墨烯的表面進(jìn)行化學(xué)改性，這一過程稱為“氫化”。但這樣做的傳統(tǒng)方法會(huì)產(chǎn)生不可逆的蝕刻和濺射，這會(huì)在幾秒鐘或幾分鐘內(nèi)嚴(yán)重?fù)p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(xué)和 PPPL 的科學(xué)家現(xiàn)在已經(jīng)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(yīng)用打開大門。該方法標(biāo)志著一種產(chǎn)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(gè)過程產(chǎn)生了更長的氫處理時(shí)間，”相關(guān)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(zhì)狀態(tài)，占可見宇宙的 99%。PPPL 開發(fā)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(biāo)志的百萬度聚變等離子體形成對(duì)比，該研究旨在開發(fā)安全、清潔和豐富的聚變能源來發(fā)電。
從托勒密分拆
這種新方法源自一項(xiàng)名為托勒密的實(shí)驗(yàn)。該項(xiàng)目利用氚（氫的放射性同位素）的衰變來捕獲在創(chuàng)造宇宙的大爆炸后幾秒鐘出現(xiàn)的殘余中微子。根據(jù)托勒密項(xiàng)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(cè)率，塔利求助于 PPPL 物理學(xué)家 Yevgeny
“PPPL 準(zhǔn)備聯(lián)合起來并帶來變革性的 2D 材料特性是鼓舞人心的，”相關(guān)人員說。“打破石墨烯氫化產(chǎn)率的紀(jì)錄是對(duì) PPPL 獨(dú)特能力的致敬。”
研究人員開發(fā)了一種方法來擴(kuò)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(yīng)用。“這種從托勒密衍生出來的產(chǎn)品現(xiàn)在可用于微電子、QIS [量子信息科學(xué)] 和其他應(yīng)用，”研究人員說。“該方法也可以應(yīng)用于其他二維材料。”
衍生產(chǎn)品將電場(chǎng)和磁場(chǎng)結(jié)合起來，產(chǎn)生氫等離子體，提供充足的氫，同時(shí)對(duì)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(jìn)器、基于等離子體的航天器推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)開發(fā)的研究的衍生產(chǎn)品。該技術(shù)在 PPPL 實(shí)驗(yàn)中氫化石墨烯長達(dá) 30 分鐘，大大增加了氫覆蓋率并打開了將石墨烯轉(zhuǎn)化為半導(dǎo)體材料的帶隙。