匪夷所思的石墨烯：有望续写摩尔定律的神奇之“碳”

2013-08-20 00:03

　　从戈登·摩尔提出“摩尔定律”到现在已经过去了差不多半个世纪，它见证了半导体工业的长足发展。但越来越多科学家认为“摩尔定律”将迎来物理极限大考。

　　那么，“硅时代”之后，挑起半导体工业的大梁又会是什么材料呢？石墨烯，业界普遍认为最有前途的材料。也就是说，半导体工业将从“硅时代”进入“碳时代”。现在让我们来看看这神奇之“碳”！

　　神奇之“碳” 匪夷所思的石墨烯

　　石墨烯是一种由碳原子以蜂巢结构组成的六角形平面薄膜，它只有一个碳原子厚度，所以它是一种二维结构的材料。物理学家们发现石墨烯中的电子运动具有很奇特的性质，它其中的电子只有波动性没有粒子性，也就是说电子的质量仿佛是不存在的，这种性质使石墨烯成为了一种罕见的可用于研究所谓相对论量子力学的凝聚态物质——因为无质量的粒子必须以光速运动，从而必须用相对论量子力学来描述。而更奇妙的是，那种相对论量子力学中的 “光速” 并不是真空中的光速，而只有后者的 1/300。

　　石墨烯还具有所谓的量子霍耳效应 (quantum Hall effect)，这种本身就是诺贝尔奖量级的重要效应以往是要在极低温下才能显现的，石墨烯却能将它带到室温下。诺沃肖洛夫在接受媒体采访时曾经表示，要让物理学家们改变自己的研究方向，必须用比他们所研究的有趣十倍的东西来引诱。石墨烯对很多理论物理学家来说无疑就具有那样的魅力，因而吸引了众多的追随者。

　　石墨烯有很多匪夷所思的特性，至今连科学家也解释不了。例如，它有生物兼容性，植入生物体后不会有排异反应，这样给很多现代诊疗带来福音，还有，它在抗癌上也很神奇，在石墨烯上癌细胞难以成活但是正常细胞可以存活。

　　石墨烯的电阻率低，比铜和银还低，而它的电子迁移率很高，用它做晶体管材料，可以大大提升处理器的时钟主频，麻省理工学院电子工程和计算机科学系副教授Tomas Palacios曾表示，在现有技术条件下，产生4、5GHz以上的频率难度都相当高。而石墨烯倍频器可以让系统运行在500GHz到1000GHz的范畴内。仅采用0.18nm工艺，就可以制造出100GHZ的处理器。

　　当然，石墨烯并不仅仅在处理器领域展现其神奇之处，接下来我们来看看它在其它领域的应用。

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