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PC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，这意味着电子以较小的电阻移动。 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工作，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。 在合适的温度范围内，电子会穿过半导体材料，但前提是施加一定的能量。

几乎每个芯片都使用由硅制成的半导体，但这种材料正在达到极限，佐治亚理工学院教授沃尔特·德希尔（Walt de Heer）在一封电子邮件中告诉Live Science。 这些限制包括晶体管在其开关位置之间“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它们的最小尺寸。

这意味着我们在整个计算历史上看到的快速进步开始放缓。

同时，石墨烯由紧密结合在六边形晶格中的单层碳原子制成，并且是比硅更好的导体，这意味着电子在材料中以较小的阻力移动。

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

de Heer说，为了充当工作晶体管，石墨烯必须以某种方式进行处理，但在过去，这已经损害了它的特性。

但研究人员通过使用特殊的熔炉和特殊的加热和冷却过程将石墨烯融合到碳化硅上来应对这一挑战。 通过将原子放在石墨烯上，将电子“捐赠”给系统，这被称为“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。 从制造硅晶圆到用于外延石墨烯的碳化硅晶圆的过渡是“非常可行的，”de Heer说。

研究人员在研究中写道，基于石墨烯的半导体在量子计算中也有潜在的未来用途。

“像光一样，石墨烯中的电子具有量子力学波状特性，可以在设备中访问，特别是在非常低的温度下，”de Heer说。

这是科学家们希望在后续研究中探索的一个领域，但de Heer表示，基于石墨烯的半导体是否能比目前最先进的量子计算机中使用的超导技术工作得更好还有待观察。