波紋調制開啟石墨片電子學新方向
- 上線日期：2009/8/27 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
石墨片(graphene)為只有一個原子厚的材料，具有許多優異的電、熱及力學性質。石墨片上的「波紋」(ripple)會使其電子性質變差，然而若能利用波紋來控制電子性質，反而成為奈米元件製作上的優勢。美國科學家最近就藉由波紋的變化來控制石墨片的電子性質，開啟了石墨片工程應用的新紀元。
石墨片係由碳原子以六角晶格結構組成的平面狀物質，是目前已知最薄的彈性材料，由於極具應用潛力，自2004年被發現後便吸引許多科學家及工程師的注意。電子在石墨片中的運動類似無靜止質量的相對論性粒子，所以遷移速度極高，使其有可能取代矽成為下一代電子元件製作材料。
然而石墨片在形成前原先就具有的張力會使其表面產生波紋，就像是緊拉的保鮮膜會有著部份彎曲的表面。這些波紋造成的等效磁場及局部位能變化會大大影響石墨片的電子性質。
加州大學河濱分校的Jeanie Lau等人最近宣稱，他們能直接觀察並控制石墨薄片上的一維及二維波紋。他們利用一對平行的溝槽將石墨薄片撐開，然後加熱，並以掃描式電子顯微鏡及原子力顯微鏡觀察，由於石墨片具有負的熱膨脹係數，加熱時會收縮導致波紋消失。當溫度降回室溫時，波紋會再度出現，而其走向會垂直溝槽邊緣。
Lau解釋該現象類似將覆蓋在盤子上的保鮮膜放入微波爐加熱。利用這項技術，該團隊成功地控制了波紋的方向、波長及振幅，也首度透過實驗證實了石墨片的負膨脹係數。
該實驗結果讓科學家得以進一步了解懸浮(suspended)石墨片元件，也是首次利用溫度來控制石墨片的張力。由於石墨片的導電能力與膜的形狀息息相關，因此波紋的控制在石墨片電子學發展上將舉足輕重。例如波紋會產生等效磁場，可用來控制奈米元件中的電子運動方向而不需要外加磁鐵。詳見Nature Nanotechnology doi:10.1038/nnano.2009.191。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/39987
譯者:劉家銘(成功大學物理系)
- 相關附件: