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哈佛大学:液态石墨烯可能是理解黑洞的关键
哈佛大学和雷声BBN技术研究人员发现,高纯度石墨烯内部带电粒子表现为相对论性质的液体。这一发现可能会导致能有效地将热能转化为电能的装置,以及能精确模拟超新星和黑洞遥远天体行为的石墨烯芯片。
制作石墨烯很简单,所需要的只是一块胶带来剥离石墨晶体到一个单原子的层。但由于最终产品只有一个原子厚,研究隔离石墨烯的性质非常不容易。由菲利普˙金教授领导的研究人员现在已经找到一种方法来隔离高纯度石墨烯,并以此发现这个神器材料的另一个显着特性。第一次在金属上,科学家们发现,石墨烯电荷承载颗粒表现为流体,他们不是避免碰撞,而是粒子每秒碰撞万亿次。他们首先通过绝缘的、透明的六方氮化硼结晶来保存分离的高纯石墨烯样品。氮化硼以其类似的性质和原子结构,也被称为“白色石墨烯”。然后,科学家发现石墨烯片具有带电粒子的(静止曝光)结束并且观察到电荷如何流动,在施加热和电流的情况下。当大多数材料经受电场,其负电的电子和带正电的“电子空穴”被驱动沿相反方向流动;相反,温度差引起的场会导致这两种类型的电荷沿相同的方向移动。在这两种情况下,带电粒子彼此间是没有相互作用的。
但是,高纯度石墨烯内则有很大不同。该材料的两维性质和蜂窝结构体迫使带电颗粒沿着相同的路径行进,并碰撞,很多时候,形成了强相互作用、准相对论性质的等离子体,也称为狄拉克流体。这可能意味着,基于石墨烯的芯片,成为下一代超薄电子产品的很有希望的候选,不仅能为我们带来更快的数字运算,还有助于科学家了解发生在宇宙另一端天体内部的复杂量子现象。
在消费类应用方面,高纯度石墨烯还可以是建立有效的热电装置的热转换成电流的一个很好选择(反之亦然),以较小的能量损失,例如,做成轻量级电路织成的衣服,把身体的热量转换为充电随身的智能手机。该研究成果发表在最新一期的《Science》杂志上。
新型二维半导体材料可让电子设备运行速度加快百倍!
Utah大学材料科研人员研发出一种新型二维半导体材料,为运行速度更快、耗能还少的电子设备打开了一扇大门。这种仅一个原子层厚的二维半导体材料由SnO制成,其电荷迁移速度远比诸如硅之类的块体材料快,可用以电子设备生命线的晶体管上。该材料由Utah大学材料科学与工程学院副教授AshutoshTiwari带领的团队研发。
目前电子设备中使用的晶体管和其他组件都是由硅这样的三维材料制造。不过对于三维材料来说一个不利因素是电荷在各个方向四处乱窜。二维材料,仅仅从五年前开辟的新领域,它由一两层原子构成。由于电子只能在一层之间移动,所以移动速度快。Tiwari介绍。不过,目前在这个领域中所发现的新型二维材料都是N型,例如石墨烯、二硫化钼,只能允许电子移动。为了制造电子设备,半导体材料需要电子和空穴均可移动。而现在他们发现的是现存第一种P型二维半导体材料。据Tiwari介绍,使用这种材料做晶体管,可以让它做得更小、速度更快。而电脑处理器是有数以十亿计的晶体管封装在芯片中。因此,更强大的处理器是可以实现的。因此,Tiwari估计新型半导体材料制造晶体管可以让计算机和智能手机运行速度比目前常规产品快过100倍。此外,由于电子是穿过一层而不是像在三维材料一样四处乱撞,所以摩擦很少,因此不像传统的芯片那样发热。它们也不需要那么多能量来维持运转。Tiwari认为这个领域已经变得炙手可热,或许2-3年内就可以看到一些原型设备了。该研究成果已发表在AdvancedElectronicMaterials,并在封面报道。
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