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[涨姿势] 世界上第一个石墨烯半导体可以为未来的量子计算机提供动力

作者：精品下载站 日期：2024-12-13 17:42:59 浏览：12 分类：涨姿势

世界上第一个石墨烯半导体可以为未来的量子计算机提供动力

科学家们克服了石墨烯的限制，将该材料用作太赫兹频率下的工作半导体，其迁移率是硅的 10 倍。

[涨姿势] 世界上第一个石墨烯半导体可以为未来的量子计算机提供动力

科学家们创造了世界上第一个基于石墨烯的半导体，这可能为未来为更快的个人电脑和量子计算机提供动力的芯片铺平道路。

这种新型半导体材料由外延石墨烯（一种与碳化硅化学键合的碳的特殊晶体结构）制成，比硅具有更高的迁移率，这意味着电子移动时的阻力更小。研究人员在 1 月 3 日发表在《自然》杂志上的一项研究中写道，以这种方式制造的晶体管可以在太赫兹频率下运行，比当今芯片中使用的硅基晶体管快 10 倍。

半导体具有导体和绝缘体的特性。在适当的温度范围内，电子会穿过半导体材料——但前提是施加一定量的能量。 

乔治亚理工学院教授、首席研究员沃尔特·德赫尔在一封电子邮件中告诉《生活科学》，几乎每个芯片都使用由硅制成的半导体，但这种材料已达到其极限。这些限制包括晶体管在开关位置之间“切换”的最大速度、它们通过电阻产生的热量以及人们可以制造的最小尺寸。 

这意味着我们在计算历史中所看到的快速进步正在开始放缓。 

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与此同时，石墨烯由紧密束缚在六方晶格中的单层碳原子制成，是比硅更好的导体，这意味着电子在材料中移动时的阻力更小。

尽管石墨烯具有良好的特性，但由于缺乏“带隙”（施加电场时移动电子所需的最小能量），石墨烯从未在电子领域得到利用。带隙使晶体管能够打开和关闭。

德赫尔说，为了发挥工作晶体管的作用，石墨烯必须以某种方式进行处理，但在过去，这已经损害了它的性能。

但研究人员通过使用特殊熔炉和特殊加热和冷却过程将石墨烯熔合到碳化硅上来解决这一挑战。通过将原子放置在石墨烯上，向系统“捐赠”电子（即所谓的“掺杂”），他们创造了一种具有带隙的功能性石墨烯半导体。

这不仅是第一个可行的基于石墨烯的半导体，而且还可以集成到现有的制造工艺中。德赫尔说，从制造硅晶圆到制造用于外延石墨烯的碳化硅晶圆的转变“相当可行”。

研究人员在研究中写道，基于石墨烯的半导体未来也有可能用于量子计算。

“就像光一样，石墨烯中的电子具有类似量子力学波的特性，可以在设备中获取，特别是在非常低的温度下，”德希尔说。

这是科学家们希望在后续研究中探索的一个领域，但德希尔表示，基于石墨烯的半导体是否能够比目前最先进的量子计算机中使用的超导技术更好地发挥作用还有待观察。

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