石墨烯，是一種性能非常優(yōu)秀的二維材料，具有單層碳原子組成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)。其厚度僅有人類發(fā)絲直徑的百萬分之一，但強(qiáng)度卻勝過鋼鐵百倍，導(dǎo)電性能卻勝過銅，所以非常適合用于電子器件。

石墨烯是一種導(dǎo)電材料，但是它也可以變成納米帶狀的半導(dǎo)體。這意味著需要具有足夠大的能量或者禁帶寬度，其中沒有電子態(tài)可以存在：它可以被打開或者關(guān)閉，使之變成納米晶體管的關(guān)鍵組件。

聽上去有點(diǎn)像未來夢(mèng)想，基于碳納米結(jié)構(gòu)的晶體管將在未來幾年時(shí)間變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。瑞士聯(lián)邦材料與測(cè)試國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Empa）的研究人員與位于德國(guó)美因茨進(jìn)行聚合物研究的馬克斯普朗克研究所、美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的研究人員展開合作制造出了由石墨烯納米帶制成的納米晶體管，它只有幾個(gè)原子的寬度。

石墨烯納米帶原子結(jié)構(gòu)中最細(xì)微的細(xì)節(jié)，對(duì)于晶體管組件的能帶寬度大小以及納米帶的合適程度，產(chǎn)生了巨大的影響。從一方面說，能帶寬度取決于石墨烯帶的寬度；從另外一方面說，它取決于邊緣的結(jié)構(gòu)。由于石墨烯由等邊六邊形碳組成，邊上會(huì)呈現(xiàn)出Z字形，或者扶手椅形，這取決于帶的方向。具有Z字形邊緣的能帶會(huì)像金屬一樣導(dǎo)電；而具有扶手椅形狀的能帶會(huì)變成半導(dǎo)體。

這對(duì)于納米帶的生產(chǎn)帶來了主要的挑戰(zhàn)：如果納米帶通過切剪石墨烯層，或者通過剪切納米管層制作，這些邊緣將是不規(guī)則的，這樣石墨烯納米帶將無法呈現(xiàn)出我們期望的電氣特性。

現(xiàn)在，科學(xué)家們成功生長(zhǎng)出只有9個(gè)原子寬度的帶，具有規(guī)則的扶手椅形狀邊緣。為了達(dá)到這個(gè)目的，事先準(zhǔn)備好的分子濃縮于超高的真空中。經(jīng)過幾個(gè)步驟之后，它們像拼圖一樣，在金基底上結(jié)合起來，形成期望的納米帶。該納米帶的寬度只有1納米，長(zhǎng)度為50納米。

之前這些結(jié)構(gòu)只能通過掃描式隧道顯微鏡看到，現(xiàn)在變得相對(duì)大一點(diǎn)，最重要地是，精準(zhǔn)定義了能帶寬度，這使得研究人員可以更進(jìn)一步，將石墨烯帶集成到納米晶體管中。然而，開始的首次嘗試并不是非常成功：測(cè)量顯示，在“開”（施加電壓）的狀態(tài)和“關(guān)”（沒有施加電壓）的狀態(tài)之間的電流差異非常小。問題是由于連接半導(dǎo)體層和電氣開關(guān)觸點(diǎn)的二氧化硅介電層而引起。為了獲取想要的特性，它的厚度需達(dá)到50納米，從而相應(yīng)地影響電子行為。

然而，研究人員隨后通過使用二氧化鉿（HfO2）作為介電材料，取代二氧化硅，成功地大幅縮小了這一層。因此，這一層只有1.5納米的厚度，而且“開”狀態(tài)的電流提高了許多倍。

另外一個(gè)問題就是：將石墨烯納米帶合并到晶體管中。未來，石墨烯納米帶在晶體管基板上，不再呈現(xiàn)十字交叉型，而是沿著晶體管通道精準(zhǔn)地對(duì)齊。這將顯著降低目前無功能的納米晶體管的高電平。

石墨烯納米帶具有獨(dú)特的電氣特性，使之成為未來納米電子領(lǐng)域非常有前途的候選材料。此外，這項(xiàng)研究也代表著對(duì)于石墨烯電子和半導(dǎo)體特性研究的新突破，特別是在利用石墨烯制作晶體管方面，并且有利于用石墨烯開發(fā)出更多的半導(dǎo)體元器件。