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石墨烯显神威,科学家成功制成一维电线

致研科技2017-06-04文章动态
来源:徐德文  作者:徐德文

我们的世界是三维的,哪怕再薄的物体,比如一张纸,你把它放大后,它仍然是由层层叠叠分子垒起来的三维结构。不过科学家们已经找到了一种二维物体,它就是鼎鼎大名的石墨烯,石墨烯是由单个碳原子铺成的六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,当然它并不是完全意义上的二维物体,毕竟它还有一个碳原子的厚度,但在这个世界上你恐怕再也找不到比它更二维的东西了。


 
那么这个世界上有没有一维的东西呢?聪明如你肯定已经想到了,我们把石墨烯薄膜切成一个原子宽不就是一维的了吗?很遗憾这个办法行不通,石墨烯是目前世界上最薄最坚硬的物质,比金刚石还硬,你拿什么去切它呢?再说你即使切开了,原子就像玻璃弹子一样,轰一声就各自滚开了,你怎么把它们连成稳定的一维结构?


没辙了吧?你没有办法不代表科学家没有办法,英国剑桥大学的研究人员就想出了一个绝顶聪明的办法,既然不能切,那把石墨烯卷起来总行吧,这样就形成了一个中空的结构,叫做碳纳米管。研究人员在碳纳米管中注入一种叫碲的类金属物质,然后缩小碳纳米管的直径。由于碳纳米管是世界上强度最高的物质,可怜的碲原子在里面只好你挤我我挤你,重新排班站队,最后就变成了单个原子组成的线性结构。通过使用直径在0.7到1.1纳米(nm)之间的碳纳米管,研究人员成功制成了稳定的“一维碲线”,直径只有人类头发的万分之一。这项研究成果发表在《美国化学学会纳米》(ACS Nano)上。


碲元素通常是半导体,但在紧密的封闭空间里,它的物理行为表现得更像金属,如同电线一样。通过改变碳纳米管的直径,科学家们就可以控制碲的物理性质了。领导这项研究的保罗·梅德罗斯认为,这是世界上配置最精确的“一维”系统,可能导致材料学和电子小型化的飞跃,实现比目前更小的晶体管,拯救已经岌岌可危的摩尔定律。这个定律说,集成电路上可容纳的晶体管数目,每18到24个月就会翻一番。由于人类的制造水平越来越高,晶体管的尺寸也越来越接近材料的极限,摩尔定律预计只能持续到2020年。“一维”碲电线的成功,把晶体管变成了晶线管,成功拯救了摩尔定律,但同时也把它推向了逻辑的终点。


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石墨烯