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用于控制石墨烯路径中电子的颜色的装置

由双层石墨烯制成的器件,原子级薄的六角形碳原子排列,提供了控制电子动量的能力的实验证据,并提供了一条通向电子的路径,与标准的硅基晶体管相比,它可以减少能量并释放出更少的热量。这是一个名为valleytronics的新物理领域的前进一步。

“目前基于硅的晶体管器件依靠电子电荷来打开或关闭器件,但许多实验室正在研究基于其他变量操纵电子的新方法,称为自由度,”朱骏副教授表示。物理学,宾夕法尼亚州立大学,负责研究。“冲锋是一种自由度。电子自旋是另一个,并且基于自旋构建晶体管的能力(称为自旋电子学)仍处于开发阶段。第三个电子自由度是电子的谷值状态,它基于它们与动量相关的能量。“

朱建议说,将电子视为汽车,将谷状态视为蓝色和红色,这是区分它们的一种方式。在双层石墨烯片内,电子通常会占据红色和蓝色谷状态,并在所有方向上传播。该设备她的博士学位 学生李静一直在努力使红色轿车向一个方向前进,而蓝色轿车向相反方向前进。

“Jing创建的系统在双层石墨烯片的上方和下方放置了一对门。然后他增加了一个垂直于平面的电场,“朱说。

“通过在一侧施加正电压而在另一侧施加负电压,在双层石墨烯中打开带隙,这通常不具有,”Li解释说。“在中间,双方之间,我们留下了大约70纳米的物理差距。”

在这个间隙内部存在一维金属状态或电线,它们是用于电子的彩色编码高速公路。红色汽车向一个方向行驶,蓝色汽车向相反方向行驶。从理论上讲,有色电子可以沿着导线不受阻碍地长距离传播,阻力非常小。较小的电阻意味着电子设备的功耗较低,并且产生的热量较少。功耗和热管理都是当前小型化设备的挑战。

“我们的实验表明,可以创造金属线,”李说。“虽然我们距离应用程序还有很长的路要走。”

朱补充说:“非常值得注意的是,这种状态可以在绝缘双层石墨烯片的内部产生,仅使用几个门。他们还没有抵抗,我们正在做更多的实验,以了解阻力可能来自何处。我们还试图建立基于电子颜色控制电子流动的阀门。这是一种名为谷电子的新电子概念。“

Li与宾夕法尼亚州立大学纳米加工设施的技术人员密切合作,将理论框架转变为工作设备。

“顶部和底部门的对齐是至关重要的,而不是一个微不足道的挑战,”纳米光刻工程师Chad Eichfeld说。“宾夕法尼亚州立大学纳米制造实验室最先进的电子束光刻技术使Jing能够创造出具有纳米级特征的新型器件。”

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