石墨烯与其环境之间的相互作用对半导体工业对这种有前途的材料的使用具有显着影响。由于研究项目的全面发现,现在可以更好地理解这些相互作用,并可以对其进行控制。

石墨烯是原子薄的碳层。由于其独特的结构和电子特性,该材料具有巨大的潜力,并且是高期望的焦点-然而,具体的用途和应用还没有实现。就可行的应用而言,通常情况就是这样,魔鬼就是细节。由奥地利科学基金会FWF资助的一个项目已成功掌握了其中一些细节。

“基于石墨烯的单个组件已经具有突出的特性,”维也纳大学材料系电子特性项目负责人ThomasPichler解释道。“然而,其作为集成电子元件应用的重大突破尚未出现。根本不可能以可靠的方式将这种材料用于已建立的半导体技术。”大的障碍之一是在原子水平上缺乏对石墨烯与其环境相互作用的控制。因此,几乎不可能以可预测和有针对性的方式部署材料。甚至石墨烯和基板之间的相互作用,由于其极薄,它也必须应用于基板,部分地理解。Pichler和他的研究团队现在已经确定了这种相互作用的本质。

该团队也立即成功获得了一些令人惊讶的新见解。“我们能够证明电荷转移-电子转移与石墨烯中的机械应变之间的相关性,”Pichler说。“这一观察结果可能具有重大的实际意义,因为这意味着未来可能会对基于石墨烯的组件内部应变进行完全无接触的测量。”

该团队还在有针对性地控制石墨烯环境方面取得了重大成功。在该项目的框架内,有可能在原子水平上控制石墨烯与锗等传统半导体之间的界面。许多人认为这是使石墨烯基纳米电子元件可用于半导体技术的重要一步。

合作项目成功的关键在于两个过程的最佳组合和实施。Pichler和他的团队使用了的光谱测量技术,并通过所谓的ab-initio计算对其进行了补充,这些计算由里尔大学电子,微电子和纳米技术研究所的LudgerWirtz领导的团队进行。

该项目成功生产了大量电子绝缘石墨烯样品。这为实验工作提供了最佳起始材料。“然后我们故意操纵石墨烯的电子结构,”Pichler说,解释了该项目采用的方法。“为此,例如,我们用氢或氮原子取代了石墨烯基板中的某些原子,并测量了这种取代对石墨烯的影响。”Pichler及其团队采用的另一种方法涉及一种称为插层的方法。利用该方法,在石墨烯和基板之间插入晶片薄的钾,锂或钡层,并且表征对石墨烯的所得冲击。

这些步骤为FWF项目产生的许多其他进展铺平了道路,这些进展仍然需要能够全面使用奇迹材料石墨烯。在像石墨烯这样的“奇迹工作者”可以投入实际使用之前,仍有许多挑战需要克服。基础研究将在克服这些挑战方面发挥关键作用。