丹麦研究人员在不破坏石墨烯电学性能的前提下，将其切割为纳米尺寸的材料，使其获得了更高数量级的电流。这项工作表明，未来电子学所需的量子传输特性可以在纳米尺度（约10纳米）继续存在。
15年来，科学家们一直试图利用石墨烯这种神奇材料来制造纳米级电子产品。石墨烯的超薄特性（原子级二维材料）赋予了它良好的导电性能。它或许是制造未来节能、高速电子产品的理想原材料。此外，石墨烯是由碳原子组成的，而碳原子的来源极为丰富。
从理论上讲，研究人员可以通过微调石墨烯的内部结构达到改变其量子性质的目的，进而使其应用于电子、光子学或传感器等领域。然而，一项貌似“简单”的任务却出人意料的困难——石墨烯作为原子级材料，其内部的所有原子都非常关键，即使是极为微小的改变都会破坏其固有性质。因此，研究人员无法制造出对晶体管和光电器件来讲至关重要的“带隙”。丹麦技术大学（Technical University of Denmark，下文简称DTU）物理学教授Peter Bøggild说：“石墨烯是一种神奇的材料。虽然我们都认为它将在未来新型纳米电子产品的制造中发挥关键作用，但改造其电气属性实在太过困难。”DTU和奥尔堡大学(Aalborg University，下文简称AU)共建的纳米结构石墨烯中心成立于2012年，主要从事石墨烯材料设计和性能研究。然而，来自DTU和AU的研究团队和世界各地的其他研究人员一样，都经历了同样的失败。
Bøggild 说：“在石墨烯上‘绘图’是为了以一种可控的方式改变其性质。然而，这些年来我们得到的结果是：结构在得到调控的同时，也引入了大量的无序性和污染，使石墨烯丧失了本来的特性。这与制造水管有点相似，由于工艺粗糙，导致水流在水管中的流速很低。这对电子产品来说是灾难性的后果。”目前，Bøggild等已经解决了这个问题，相关结果发表于《自然·纳米技术》杂志2月18日出版的论文中。
DTU物理系博士后Bjarke Jessen和Lene Gammelgaard首先将石墨烯封装在另一种非导电二维材料（六方氮化硼）中，然后用电子束光刻技术在在氮化硼及其下方的石墨烯上刻画出一排致密的超细孔。细孔的直径约为20纳米，孔间距为12纳米，孔边缘的粗糙度不足1纳米。这使得电流的流动速度比之前的报道提高了上千倍。
Bøggild补充说：“我们已经证明，石墨烯的能带结构可以被人为设计和调控。微观量子电子效应在密集的孔径中仍然存在，这是非常令人鼓舞的。因为难度太高，很多研究人员已经放弃尝试这种规模的石墨烯纳米光刻技术，这很令人遗憾。现在，我们终于解除了石墨烯微观结构调控的‘诅咒’，可以向进一步调整石墨烯的电子特性继续前进了。”
科界原创 编译：雷鑫宇 审稿：alone 责编： 唐林芳
期刊来源：《自然·纳米技术》
期刊编号：1748-3387
原文链接：https://www.sciencedaily.com/releases/2019/02/190219132704.htm
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