“石墨烯高速公路”使设备使用更少的电量 • Earth.com

物理学家为电子创建了一条五车道石墨烯高速公路，这可能为超高效电子产品等铺平道路。这项工作围绕一种独特的铅笔芯形式展开，即菱形五层石墨烯。

Long Ju 是 麻省理工学院物理系 论文通讯作者。他解释说：“这一发现对低功耗电子设备具有直接影响，因为电子在传播过程中不会损失任何能量，而电子散射的常规材料则不会出现这种情况。”

电子的平稳通勤

研究小组发现的现象类似于汽车在开放的收费公路上行驶，而不是在街区中行驶。

在普通材料中，电子可能会因其他因素而停止或减慢，就像街区里的汽车可能会因突然停车或掉头而受到干扰一样。然而，在菱面体五层石墨烯中，电子可以畅通无阻地移动。

Ju 也隶属于麻省理工学院材料研究实验室，他说：“我们发现了一座金矿，每一点都揭示了一些新的东西。”这种材料是两年前由 Ju 领导的物理学家首次发现的。

石墨烯高速公路的诞生

在一个 自然纳米技术 在去年 10 月的一篇论文中，Ju 和同事报告了他们发现菱面体石墨烯的三种重要特性。

他们表明，它可以是拓扑的，允许电子在材料边缘畅通无阻地移动，但不能穿过中间。这产生了一条高速公路，但需要施加大磁场。

在目前的工作中，该团队已经成功创建了没有任何磁场的高速公路。

采用菱面体石墨烯驱动的高速公路

铅笔芯，或称石墨，是由石墨烯（一种排列成蜂窝状结构的单层碳原子）构成的。

菱面体石墨烯由五层石墨烯按照特定的重叠顺序堆叠而成。

Ju 和同事利用 2021 年在麻省理工学院建造的新型显微镜分离出了这种独特形式的石墨烯，该显微镜可以快速且相对廉价地确定纳米级材料的各种重要特性。

在当前的工作中，研究团队在原始系统中添加了一层二硫化钨（WS2）。

Ju 说道：“WS2 与五层菱面体石墨烯之间的相互作用产生了这条在零磁场下运行的五车道高速公路。”

量子异常霍尔效应

在菱面体石墨烯中，电子在零磁场下无阻力传播的现象被称为量子反常霍尔效应。

这与超导不同，超导具有同样的特性，但发生在非常不同的材料中。

朱指出，尽管超导体是在 20 世纪 10 年代发现的，但人们花了大约 100 年的研究才使其在应用所需的更高温度下工作。

类似地，菱面体石墨烯高速公路目前的运行温度约为 2 开尔文，即 -456 华氏度。

“提高温度需要付出很多努力，但作为物理学家，我们的工作是提供洞察力；实现这一目标的不同方式 [phenomenon]”Ju 说道。

坚持不懈和艰苦研究终有回报

菱面体石墨烯的发现是经过不懈研究的结果，但并不一定能保证有效。

Han 分享道：“我们花了好几个月尝试了很多配方，所以当我们将系统冷却到非常低的温度时，我们感到非常兴奋， [a five-lane superhighway operating at zero magnetic field] 就突然冒出来了。”

Ju 总结道：“成为第一个在新的系统中发现某种现象的人，尤其是在我们发现的材料中，这非常令人兴奋。”

电子传输的新时代

总之，菱面体五层石墨烯中五车道电子高速公路的发现标志着物理学和电子学领域的一个重要里程碑。

巨龙、韩同航及其麻省理工学院同事的不懈努力为超高效、低功耗电子设备开辟了新的可能性。

尽管要使这项技术真正应用于日常应用还有很长的路要走，但物理学家已经为电子传输的新时代奠定了基础。

随着他们继续探索这种独特形式的石墨烯的特性，我们可以期待未来有更多令人兴奋的突破。

五车道石墨烯电子高速公路仅仅是一段旅程的开始，它可能会彻底改变我们思考和设计电子设备的方式。

完整研究报告发表在期刊上 科学。

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