超材料石墨烯开发取得重大突破

包括英国国家物理实验室在内的跨欧研究小组开发出了一种令人难以置信的石墨烯材料，其将成为微型芯片和触摸屏等未来高速电子产品的关键成分。在该成果的推进下，生产出作为未来纳米技术基础的新材料研究又向前迈了一步。

　　石墨烯早已展示出其巨大的潜力，但之前仅能实现小规模生产，对更好地测量、理解和开发造成了局限。在1月17日出版的《自然·纳米技术》杂志上，研究人员首次向人们展示了如何扩展石墨烯尺寸并提升质量以满足实际开发的方法，并成功地测量了其电子特性。这些重大突破克服了扩展石墨烯技术应用中的两个最大障碍。
　　到目前为止，高质量的石墨烯只能以几分之一毫米的形式体现，使用的是诸如用胶带从石墨晶体上一层层加以剥离的办法。要产生出可实用的电子器件则需要生长出更大尺寸的材料。而现在，研究人员终于首次用较大面积（大约50平方毫米）的石墨烯层成功制造并运行了大量的电子器件。

　　这个石墨烯样本是在碳化硅上以外延法生成的，外延法是一种在一个晶体层上生长出另一晶体层的方法。有了这样具有重要意义的样本，不仅证明石墨烯能以可扩展的方式实际制作出来，也使得科学家可更好地理解其重要性能。

　　该项目的第二个重要突破是实现了以前所未有的精确度来测量石墨烯的电特性，从而为建立起更简便、更准确的标准铺平了道路。

　　测量电阻的国际标准都基于量子霍尔效应，即二维材料的电特性只能由其基本自然常数决定。截至目前，这种效应只在少量传统半导体中才能展现出足够的精度。此外，这样的测量还需要在接近绝对零度的温度下进行，同时还需施加非常强的磁场，但全世界仅有少数几家专业实验室具备这样的条件。

　　长期来讲，石墨烯倾向于能提供一个更好的标准，但目前的样本尚不足以做到这一点。通过产生足够大小和质量的样本及准确地展示霍尔电阻，研究人员已证明石墨烯具有大规模取代传统半导体的潜力。

　　此外石墨烯可在更高温度下展示量子霍尔效应。这意味着石墨烯电阻标准可得到更广泛的运用，也将有更多的实验室能满足测量所需的条件。除了运行速度和耐用性方面的优势，这也将加快生产进程，使未来以石墨烯为基础的电子技术产品成本降低。

　　英国国家物理实验室量子检测组的亚历山大·察仑丘克教授指出，此项目最令人轰动的是，大面积的外延石墨烯不仅展示了其结构连续性，而且在精确测量所需的完美度上并不逊于发展历史更悠久的传统半导体。