神奇材料-石墨烯-文庫(kù)吧
2024-12-24 09:58 本頁(yè)面
【正文】 烯開(kāi)發(fā)超高輸出功率的超短脈沖激光元件為目標(biāo)推進(jìn)相關(guān)研究。據(jù)該大學(xué)介紹，其關(guān)注點(diǎn)是，石墨烯采用電子與正孔對(duì)稱(chēng)的能帶構(gòu)造，而且具備容易實(shí)現(xiàn)較大載流子密度的性質(zhì)。 優(yōu)先推進(jìn)微細(xì)化 不過(guò)，目前已實(shí)用化的絕大部分石墨烯 FET 為放大器及高靈 敏度氣體傳感器元件等 RF 電路用 FET。邏輯電路用 FET 尚未面世。這是因?yàn)閱螌邮](méi)有帶隙（ Band Gap）。沒(méi)有帶隙的話，就無(wú)法充分實(shí)現(xiàn)邏輯電路必須的晶體管 “關(guān)斷（ Switch Off） ”功能。但最近解決這一問(wèn)題的線索開(kāi)始浮出水面。 日本物質(zhì)材料研究機(jī)構(gòu)國(guó)際納米結(jié)構(gòu)研究基地主任研究員塚越一仁，為了將石墨烯 FET 用作邏輯電路，目前正在研究打開(kāi)帶隙的條件。塚越表示， “如果硅也能進(jìn)一步微細(xì)化，那么通道層最終會(huì)實(shí)現(xiàn)單個(gè)原子的厚度。盡管還不清楚是什么原子，但原子薄片 ——石墨烯的研究成果屆時(shí)會(huì)成為重要的參考依據(jù) ”。 觸摸面板試制品不斷面世 除了高速高靈敏度器件之外，透明導(dǎo)電膜也是最接近實(shí)用化的的應(yīng)用例。設(shè)想作為目前普遍使用的 ITO的替代材料，用于觸摸面板、柔性液晶面板、太陽(yáng)能電池及有機(jī) EL 照明等。試制品也接二連三地面世。 透明導(dǎo)電膜這一用途備受期待的原因在于，石墨烯具備較高的載流子遷移率且厚度較薄。一般來(lái)說(shuō)，高透明性與高導(dǎo)電性是互為相反的性質(zhì)。從這一點(diǎn)來(lái)看， ITO 正好處在透明性與導(dǎo)電性微妙的此消彼長(zhǎng)（ Tradeoff）關(guān)系的邊緣線上（圖 3）。這也是超越 ITO 的替代材料遲遲沒(méi)有出現(xiàn)的原因。 圖 3：既能透過(guò)光線也能通過(guò)電流 對(duì)理想的石墨烯與現(xiàn)有透明電極材料及導(dǎo)電材料進(jìn)行了比較。石墨烯在面方向上具有充分的載流子密度和遷移率，法線方向上僅為單原子厚度，因此可透光。 石墨烯在理論上有望避開(kāi)這種此消彼長(zhǎng)的關(guān)系成為理想的透明導(dǎo)電膜。其原因是，由于載流子遷移率非常高，即使載流子密度較低，導(dǎo)電性也不 容易下降。而載流子密度較低的話，會(huì)比較容易穿過(guò)更大波長(zhǎng)范圍的光。相當(dāng)于單個(gè)原子的超薄厚度同樣有助于提高透明性。不僅是可見(jiàn)光，石墨烯還可透過(guò)大部分紅外線，這一性質(zhì)目前已為人所知。 因此，對(duì)于還希望利用紅外線來(lái)發(fā)電的太陽(yáng)能電池而言，石墨烯有望成為劃時(shí)代的透明導(dǎo)電膜。與不適于彎曲的 ITO 相比，還具備柔性較高的優(yōu)勢(shì)。 不過(guò)，透明導(dǎo)電膜目前還存在很多問(wèn)題。由于制作大面積石墨烯時(shí)會(huì)混入很多雜質(zhì)及缺陷，因此大多數(shù)試制品的導(dǎo)電性及透明性都未達(dá)到 ITO 的水平（圖 4）。即便如此，石墨烯仍有望用來(lái)制作觸摸面板。（未完待續(xù)，記者： 野澤 哲生） 圖 4：已有多個(gè)透明導(dǎo)電膜試制例 （ a）為產(chǎn)綜研以石墨烯為透明導(dǎo)電膜制作的觸摸面板。（ b）為使用 CNT 的例子。（ c）表示試制例的性能及用途。（ a）由產(chǎn)綜研提供。 “神奇材料 ”石墨烯（二）：或?qū)⒁l(fā)布線革命 是否會(huì)引發(fā)布線革命 石墨烯還具備其他比較對(duì)象 所缺乏的多項(xiàng)獨(dú)特性質(zhì)。以單層石墨烯為例，其電子等載流子的有效質(zhì)量 *為零，而且可在室溫下顯示出量子霍爾效應(yīng) *。還會(huì)發(fā)生電阻值固定不會(huì)隨距離變化的 “無(wú)散射傳輸 ”*現(xiàn)象。 *有效質(zhì)量：指連接運(yùn)動(dòng)量與能量的方程式 2 階微分時(shí)的系數(shù)。有效質(zhì)量為零時(shí)，載流子就會(huì)像 “光 ”一樣快速運(yùn)動(dòng)。同時(shí)有利于提高施加電壓時(shí)的響應(yīng)速度。而相對(duì)于磁場(chǎng)的 “回旋（ Cyclotron)重量 ”則不會(huì)為零。 *量子霍爾效應(yīng)：對(duì)電子二維分布的層（二維電子系統(tǒng)）施加強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)，電子軌道及能量水平所取的值不相關(guān)（量子化）的現(xiàn)象。一般只能在極低溫度 環(huán)境下觀測(cè)到這種現(xiàn)象。常被用作半導(dǎo)體品質(zhì)較高的證據(jù)。 *無(wú)散射傳輸：又稱(chēng)彈道傳輸（ ballistic t
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