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CCMS探索一代
发布日期:2010-12-28 0:00:00     作者:admin

CCMS探索一代

nRADARÒ  战略目标
Research Next    探索一代
Academic Next    研究一代
Development Next 开发一代
Application Next  应用一代
Redesign Next     规划一代

碳电子学——下一代电子学

        纳电子学研究的是纳米层次电子元件、电路、集成器件和信息加工的理论和技术,代表了微电子学发展的趋势,将成为下一代电子科学与技术的基础。纳米电子器件需要寻找新的材料结构并按照新的原理来设计。

        碳(C)在地球和宇宙中含量丰富,而且是有机材料和生物材料的基本元素,是构成未来复杂智能电路最有希望的材料,因此未来可能是碳时代!碳电子学、分子电子学和生物电子学三者的综合和发展,将是智能电子学的重要内容,会成为未来智能信息时代的基础。


                                          纳电子学---碳电子学
                                          分子电子学
未来电子学(智能电子学)  自旋电子学
                                          关联电子学
                                          光电子学

碳元素在纳电子学研究中受到特殊的重视,富勒烯(fullerene)、碳纳米管(CNTs)和石墨烯(graphene)都具有独特的量子效应和易于调控的电子特性。

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Fullerene,CNTs,Graphene构成示意图。引自 Geim A K, Novoselov K S. Nature Materials 2007, 6:183

Fullerene的发现获得1996年诺贝尔化学奖(R.F.Carl, R.E.Smalley, H.W.Kroto)
Graphene的发现获得2010年诺贝尔物理奖(A. Geim, K. Novoselov)

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Andre Geim                                 Konstantin Novoselov


石墨烯构成纳电子器件的优势

石墨烯的电荷载流子是无质量的狄拉克费米子,具有一系列奇特的电子性质,如分数量子霍尔效应、量子霍尔铁磁性、激子带隙等现象。

石墨烯不仅为基础物理的研究提供理论模型,更为新的物理现象的观测提供了实验平台,推动了凝聚态物理、量子电动力学等研究。最引人注意的是它在纳电子器件中的潜在应用。

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石墨烯是一种六方点阵的蜂窝状二维结构

石墨烯基纳器件由于其二维结构,可以很大程度地利用现有微电子领域的加工工艺,以避免纳电子器件中难以实现的集成问题。形象地说,通过“剪纸式”的剪裁与修饰,石墨烯基纳器件的整个电路,包括导电通道、电极、器件等,可以采用机械切割、电子束刻蚀等方法,都在同一片石墨烯上获得。

碳纳米材料构成各种量子器件

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碳纳米管作为量子电极。引自 Guo X F, et al. Acc Chem Res 2008, 41:1731

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碳纳米管构成场效应晶体管模型。

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石墨烯构成场效应晶体管。引自 Xia F N, et al. Nano Lett  2010, 10.1021/nl9039636 

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石墨烯在基底表面的制备和带隙调控。引自 Zhou S Y, et al. Nature Materials 2007, 6:770

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由碳纳米管展开制备石墨烯纳米带。引自 Jiao L, et al. Nature 2009, 458:877.

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 碳纳米器件的散热研究。引自 Rotkin R S, et al. Nano Lett 2009, 9:1850

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