量子材料,更近了

中國科學(xué)報(bào) 2021-09-14 作者:魯亦

  丹麥技術(shù)大學(xué)(DTU)和“石墨烯旗艦”的研究人員已經(jīng)將納米材料設(shè)計(jì)提升到了一個(gè)新的水平。二維材料的精確圖形化是利用二維材料進(jìn)行計(jì)算和存儲的一種途徑,它可以提供比目前技術(shù)更好的性能和更低的功耗。

  物理學(xué)和材料技術(shù)領(lǐng)域最重要的發(fā)現(xiàn)之一是二維材料,比如石墨烯。與其他已知材料相比,石墨烯更強(qiáng)、更光滑、更輕、導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能更好。但它們最獨(dú)特的特性可能是可編程性。通過在這些材料上創(chuàng)造精致的圖案,人們可以極大地改變它們的屬性,并可能精確地做出需要的東西

  目前,DTU納米實(shí)驗(yàn)室的電子束光刻系統(tǒng)可以記錄10納米以下的細(xì)節(jié)。計(jì)算機(jī)計(jì)算可以準(zhǔn)確預(yù)測石墨烯圖案的形狀和大小,從而創(chuàng)造出新型電子產(chǎn)品。研究人員利用電子的電荷和量子特性,如自旋或谷自由度,從而在低功耗的情況下實(shí)現(xiàn)高速計(jì)算。然而,這些計(jì)算要求更高的分辨率,例如原子分辨率。

  “如果我們真的想打開未來量子電子學(xué)的寶庫,我們需要深入到10納米以下,接近原子尺度?!盌TU物理學(xué)教授兼小組負(fù)責(zé)人Peter B?ggild說。

  這次他們成功了。訣竅是把納米材料六邊形氮化硼放在你想要圖案的材料上面。然后用特定的蝕刻配方鉆孔。六方氮化硼的晶體可以蝕刻,這樣在頂部繪制的圖案就會在底部變成一個(gè)更小、更鋒利的版本。相關(guān)論文日前刊登于《美國化學(xué)會—應(yīng)用材料和界面》。

  “我們在2019年展示了僅12納米間距的圓孔將半金屬石墨烯變成半導(dǎo)體?,F(xiàn)在我們知道如何創(chuàng)造圓孔和其他形狀,如三角形。這種模式可以根據(jù)自旋對電子進(jìn)行分類,并為自旋電子學(xué)或谷電子學(xué)創(chuàng)造必要的組件?!?B?ggild解釋道。

  研究人員表示,此次開發(fā)的蝕刻工藝縮小了尺寸,低于電子束光刻系統(tǒng)不可打破的極限,大約10納米。假設(shè)做一個(gè)直徑為20納米的圓孔,石墨烯上的空洞可以縮小到10納米。但這個(gè)“超分辨率”結(jié)構(gòu)背后的機(jī)制仍然沒有被很好地理解。

  相關(guān)論文信息:https://doi.org/10.1021/acsami.1c09923

責(zé)任編輯:王超

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