時(shí)鐘速度（clock speed）是衡量一款電腦速度的重要標(biāo)準(zhǔn)，目前，個(gè)人計(jì)算機(jī)的時(shí)鐘速度已經(jīng)達(dá)到GHz級別，然而這還不夠瘋狂，現(xiàn)已有科學(xué)家運(yùn)用石墨烯把該速度提高到了讓人們吃驚的100GHz。

日前，莫斯科物理與技術(shù)研究院（MIPT）的科學(xué)家已經(jīng)找到利用石墨烯來提高隧道電流的方法。石墨烯本質(zhì)上是一個(gè)二維結(jié)構(gòu)，盡管只是一張由碳原子組成的薄片，但它卻擁有一些不尋常的電子特性。

傳統(tǒng)晶體管的工作方式是其所包含的電子，由能量源激發(fā)，從一端穿過能量勢壘躍遷到另一端產(chǎn)生電流。這是一種很好的工作方式，但目前人們不能使它們擁有更高的能源效率。

隧道晶體管相對于標(biāo)準(zhǔn)晶體管的運(yùn)行功率更低。隧道晶體管所包含的電子因量子隧道效應(yīng)穿過能量勢壘，穿過能量勢壘的過程就是電子“運(yùn)輸”的過程。但目前隧道晶體管的問題是，電流抵達(dá)另一端時(shí)就會因變得太小而無法使用。

研究者們通過構(gòu)建模型來研究由兩層石墨烯黏結(jié)在一起形成的雙層石墨烯的性能，發(fā)現(xiàn)了一些奇怪的能量帶和電子的能量范圍。雙層石墨烯的能量帶類似于“墨西哥帽”的形狀，而不是大多數(shù)半導(dǎo)體產(chǎn)生的拋物線形狀。

在帽子形狀邊緣的電子密度趨于無窮大，當(dāng)一個(gè)低電壓施加到晶體管的柵極，大量的電子立即穿過隧道，結(jié)果導(dǎo)致能量勢壘的另一端電流發(fā)生瞬間改變。這種結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)晶體管所表現(xiàn)的相同，但雙層石墨烯晶體管需要的電壓更低。

研究人員Dmitry Svintsov說道：“這意味著晶體管需要的能量交換更少，芯片需要的能量更低，因而產(chǎn)生的熱量也更少，不再需要強(qiáng)大的冷卻系統(tǒng)對多余的熱量進(jìn)行冷卻，更不用擔(dān)心產(chǎn)生的多余熱量會破壞芯片，進(jìn)而時(shí)速得到大幅度提高。”

雙層石墨烯晶體管的制備還可以略去復(fù)雜的“化學(xué)摻雜”，然而為了擴(kuò)展半導(dǎo)體的能帶，這個(gè)步驟對傳統(tǒng)晶體管的生產(chǎn)而言是非常必要的。在不通過“化學(xué)摻雜”的情況下，對于雙層石墨烯晶體管，通過“電子摻雜”同樣可以實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體能帶的擴(kuò)展，這是相同過程下運(yùn)行晶體管的副效應(yīng)。

研究者們解釋說“墨西哥帽”的邊緣發(fā)生著許多重要的效應(yīng)，這些效應(yīng)在之前是很難被測量的，但是通過使用更高質(zhì)量的基底（承載雙層石墨烯的材料），他們第一次用實(shí)驗(yàn)清楚地證實(shí)了范霍夫奇點(diǎn)。

雙層石墨烯在150mV電壓范圍內(nèi)工作與硅晶體管在500mV電壓范圍內(nèi)工作相比較，雙層石墨烯晶體管的重要優(yōu)勢是可以首先有效地大幅提高計(jì)算能力。

Svintsov說：“功率低，電子部件的溫度也低，這意味著我們可以讓芯片運(yùn)行在極高的頻率——不是GHz級別的提升，而是數(shù)十甚至上百倍。”（盛夏整理）