​第一块石墨烯半导体向超高速计算机迈进了一步

第一块石墨烯半导体，向超高速计算机迈进了一步。2013年12月20日，沃兹米兹·斯特鲁宾斯基博士在位于波兰华沙的电子材料技术研究所（ITME）的实验室展示了石墨烯样品。沃兹米兹·斯特鲁宾斯基博士发明了一种基于外延生长的新方法来生产石墨烯。ITME的波兰科学家开发了生产低成本石墨烯和接收最高质量材料的专利技术。波兰于2013年12月18日开始制造石墨烯基产品，这是一种超强、柔韧的材料，有可能用于下一代半导体和显示器。

2013年12月20日，基于外延生长法生产石墨烯的新方法的发明者Wlodzimierz Strupinski博士在位于波兰华沙的电子材料技术研究所（ITME）的实验室展示了石墨烯样品。ITME的波兰科学家开发了生产低成本石墨烯和接收最高质量材料的专利技术。波兰于2013年12月18日开始生产石墨烯基产品，这是一种超强、柔韧的材料，有可能用于下一代半导体和显示器。

科学家在电子学方面取得了突破，创造了世界上第一个由石墨烯制成的功能性半导体，石墨烯是一种以坚固、柔软、轻便和高电阻而闻名的材料。

他们的发现是在硅即将达到极限的时候出现的，硅是几乎所有现代电子产品制造所用的材料。

科学家一直在竞相开发石墨烯半导体，因为与硅相比，它们具有更快的速度和更高的能效。

该研究于1月3日在《自然》杂志上发表，展示了一种适用于纳米电子学的功能性石墨烯半导体。

作者表示，这一发现可能标志着迈向下一代计算的重要一步，并为构建电子设备的新方法打开了大门。

美国佐治亚理工学院的首席作者沃尔特·德希尔在新闻发布会上说：“我们不知道这将在哪里结束，但我们知道我们正在为电子产品的重大范式转变打开大门。石墨烯是下一步。谁知道下一步是什么，但石墨烯很有可能接管成为未来五十年的范式。”

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硅半导体正在达到极限

像手机或笔记本电脑中的芯片这样的经典计算机使用流过硅开关的电流来表示1和0，也称为比特。

英国曼彻斯特大学国家石墨烯研究所材料学教授莎拉·黑格表示：“半导体是让所有计算机正常工作的关键。它们允许我们制造可以打开和关闭以允许电流流动的微型开关。正是这种流经电路的电流使计算机能够进行计算。”

我们每次使用信用卡、启动汽车、打开公共汽车和火车上的门，当然还有使用智能手机或笔记本电脑时，都会使用硅半导体。

但硅半导体有其局限性，这促使科学家们寻找一种新材料。

“硅电子设备需要相当大的功率和能量，包括在能量以热量形式释放时冷却电子设备所需的能量，”黑格告诉德国之声。

石墨烯：神奇材料

石墨烯是一种单层碳原子，是一种由已知最强化学键结合在一起的二维材料。这些碳原子排列成棋盘状六边形，很像蜂巢。

石墨烯是一种非常坚固的材料，比钢强大约200倍。它非常坚固，只要一层石墨烯原子层，你就可以举起一个足球。

石墨烯还具有令人难以置信的灵活性，使其非常适合用于电子设备和电池，甚至可以印刷在玻璃、塑料或织物上。

但最令科学家兴奋的是，它有可能被用作更快、更节能的半导体。

“石墨烯可以保持其优异的传导速度和电子传导效率，而不需要大量能量，这为它用于制造‘超越硅’的电子产品提供了巨大的潜力，在这种电子产品中，计算机运行速度更快，能耗更低，”黑格说。

首个石墨烯超导体

石墨烯有重大缺陷，阻碍了它在电子领域的应用。一个主要问题被称为“带隙问题”。

“十多年来，该领域的科学家一直在努力实现石墨烯在电子电路中的优异导电性，”Haigh说。

带隙是一种至关重要的电子特性，它允许半导体打开和关闭。石墨烯直到现在才具有带隙。

德希尔的团队想出了如何在特殊的碳化硅芯片上生长石墨烯。这项研究花了十年时间，团队不断改进材料并改变石墨烯的化学性质，直到他们实现了完美的结构。

最后，石墨烯表现得像一种可以与硅相媲美的优质半导体。

德希尔说：“石墨烯的好处在于，它不仅能让你制造更小、更快、散热更少的东西，而且你实际上是在利用硅无法获得的电子特性。所以这真的是一种范式的转变——这是一种不同的电子制造方式。”

更快、更节能的电子产品

专家表示，这项创新对电子行业具有巨大的潜力。一方面，它可以让我们创造出更强大的新型石墨烯半导体，但比硅半导体消耗的能量更少。

黑格表示：“石墨烯电子设备更高效，因为它们需要更少的能量来开启和关闭。它们还允许电子流动，而不会产生大量不需要的热量，这些热量必须用风扇冷却（需要能量）。”

“这意味着手机可以持续使用数周而不会耗尽电池，减少我们生活中各个方面的能源消耗，降低成本和化石燃料的污染，”黑格补充道。

德希尔表示，他的发现可能会改变电子产品的未来。

首先，新的石墨烯超导体可以加速量子计算技术的发展。

量子计算机可以在几秒钟内解决普通超级计算机需要数千年才能解决的问题，但它们仍在开发中。

专家表示，石墨烯半导体可以帮助克服制造量子计算机的许多挑战。