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新发现的石墨烯特性可能会影响下一代计算
出处:贤集网  录入日期:2021-02-23  点击数:34

  麻省理工学院的研究人员和同事发现了石墨烯的一种重要且出乎意料的电子特性,石墨烯是一种在17年前才发现的材料,其有趣的物理特性使科学家感到惊讶。石墨烯由薄薄的材料层组成,这些材料也具有生物相容性,可以引入新的,更快的信息处理范例。一种潜在的应用是神经形态计算,其目的是复制体内负责行为和记忆的神经元细胞。

  “我们在简单而超薄的系统中对非常规铁电的观察后,做出了许多有关铁电系统的普遍假设,这可能为新一代的铁电材料铺平了道路。”麻省理工学院的物理学教授,工作负责人参与了这项工作,该工作涉及与来自三个部门的其他五名麻省理工学院教师的合作。
  石墨烯是由单一的层布置在类似六角形的蜂窝结构的碳原子。自从发现这种材料以来,科学家们已经表明,石墨烯层的不同构型可以带来各种重要的特性。基于石墨烯的结构可以是无电阻地导电的超导体,也可以是阻止电运动的绝缘体。
  在大多数材料中,相反的电荷相互吸引。只有施加电场才会将它们推向相反的一侧或两极。在铁电材料中,不需要外部电场来保持电荷分开,从而导致自发极化。但是,施加外部电场确实会产生影响:相反方向的电场会导致电荷切换侧面并使极性反转。

  由于这些原因,铁电材料用于从医学超声到射频识别(RFID)卡的各种电子系统中。然而,常规的铁电体是绝缘体。麻省理工学院领导的团队基于石墨烯的铁电材料通过一种完全不同的机制(不同的物理原理)运行,从而可以导电。这就打开了无数其他应用程序。
  团队创建的结构由两层石墨烯(双层)组成,夹在上下两层氮化硼(BN)的原子薄层之间。每个BN层之间的角度略有不同。从上方看,结果是一个独特的图案,称为莫尔条纹超晶格。郑说,反过来,波纹图案可以“极大地改变材料的性能”。
  研究小组在2018年展示了一个重要的例子。在杂志上发表的那篇论文中,研究人员将石墨烯堆叠了两层。但是,这些层并不完全重叠。而是以1.1度的角度稍微旋转了一下。最终的结构产生了莫尔条纹,该波纹又可以使石墨烯成为超导体或绝缘体,具体取决于电场所提供的系统中的电子数。在当前的工作中,研究人员用石墨烯和氮化硼薄片创建了莫尔条纹,从而产生了一种新的铁电形式。电子通过结构运动所涉及的物理学与常规铁电学不同。研究人员旨在通过展示这种新材料在各种应用中的潜力,而且还可以更好地理解其物理原理,来继续进行这项工作。

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