碳家族再添一新結構
- 上線日期：2009/9/11 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
美國與法國科學家聲稱發現碳的新結構。這種新材料是由石墨片(graphere)以特殊方式堆疊形成，特色是層與層之間的電性互相獨立。研究人員將材料命名為「多層磊晶石墨片」(multilayer epitaxial graphene, MEG) 並認為MEG可取代昂貴的單層及雙層石墨片，應用於碳電子學上。
石墨片是碳組成的單原子厚平面材料，2004年問世時是利用透明膠帶從石墨塊材上剝離下來。石墨片有許多優異的性質，例如它在室溫下具有高導電性，更因以抗拉強度(breaking strength)比鋼鐵強200倍而成為目前已知最強韌的物質之一。
最近喬治亞理工學院的Edward Conrad等人從碳矽化合物基板上長出石墨片層，其層與層之間旋轉了30度，而自然形成的石墨則為60度。Conrad指出，天然石墨的堆疊方式使層與層之間有特殊耦合作用，導致天然石墨完全不適合電子學應用。相形之下，研究人員利用X光散射及角度解析光電子發射能譜術(Angle Resolved Photoemission Spectroscopy, ARPES)測量由11層石墨片組成的MEG電子結構，結果發現在能帶結構中某區域的電子能量與其動量成正比，意味著電子行為類似無靜止質量的粒子。
Conrad表示，這是首次在石墨片樣品上清楚量到名為狄拉克錐(Dirac cone)的線性能帶結構。由於觀察到的Dirac cone無扭曲，他們推論石墨層與層間並無電子耦合，因此電性是獨立的。雖然研究人員才剛要研究MEG樣品中層與層之間有化學鍵結卻無耦合的現象，但他們認為該獨特性質能使其取代製作不易又昂貴的單/雙層石墨薄片，應用於碳電子學上。
MEG的另一項優點是可以大量製造。透過長晶來生產石墨片的成本相對低廉，就MEG而言，每平方公分的成本約100美元，主要取決於碳矽化合物的價格，而力學剝離法的製造成本據說要高上一百萬倍。目前該研究小組目正嘗試利用MEG製造高速電晶體。詳見http://arxiv.org/abs/0907.5222。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/40056
譯者:劉家銘(成功大學物理系)
- 相關附件: