石墨烯上的纳米电子器件，为电子产品微型化开辟了新的途经
科学家们在电子器件微型化的道路上不断前进，如今已可以将某些必要的电子器件（如二极管和隧道效应半导体结）在原子精度层面上结合于单个石墨烯线（纳米带）中。这项新突破由阿尔托大学、乌得勒支大学和代尔夫特理工大学的研究人员合作完成，试图利用石墨烯的优势创建出能以极快速度运行的电子设备，目前这项工作的成果已在《自然通讯》杂志上发表。
石墨烯被人们誉为“奇迹材料”，它有许多神奇的特性。为了能物尽其用，各地的研究人员正努力寻找各种新方法。就本项研究而言，石墨烯本身并不具备开启和关闭电流所需的特性，因此，必须为此问题找到理想的解决方案。经过反复讨论，阿尔托大学的Peter Liljeroth与乌得勒支大学的Ingmar Swart敲定了方案。对此，Peter Liljeroth解释说，“我们试图通过在原子精度层面制造石墨烯结构来解决控制电流的问题。通过选择某些前体物质（分子），极准确地对电路结构进行编码。”
上图为石墨烯纳米带异质结构合成方法示意图：前体分子通过化学合成转化为石墨烯纳米带。（图片来源：阿尔托大学、乌得勒支大学、代尔夫特理工大学）
石墨烯电子器件的无缝结合
石墨烯的电子性能可以通过将其制成石墨烯纳米带（非常窄的条带）来控制。以前的研究表明，石墨烯纳米带的电子特性取决于其原子宽度，五个原子宽度的石墨烯纳米带与导电性很好金属线相似，但加上两个原子变成七个原子宽度又会使石墨烯纳米带具有半导体特性。Ingmar Swart表示：“我们现在能够将五个原子宽度的石墨烯纳米带与七个原子宽度的石墨烯纳米带进行无缝结合，从而制备出金属半导体结，这是电子元件的基本构件。”
上图显示为金属半导体结（隧道势垒）纳入单个石墨烯纳米棒后的微观结构：纳米带的原子和电子结构可以用先进的原子分辨率级别的显微技术探测。（图片来源：阿尔托大学、乌得勒支大学、代尔夫特理工大学）
研究人员通过化学反应生成了含有电子器件的石墨烯结构。他们先将前体分子蒸发到金晶体上，然后使它们在控制下发生反应，产生新的化合物。Ingmar Swart总结说，“这与目前用于生产电子纳米结构的方法不同，那些方法主要用于计算机芯片的生产。对于石墨烯而言，其结构需要精确到原子级别，并且通过化学途径制备可能是唯一有效的方法。”
石墨烯电子器件的电子特性
研究人员利用先进的微观技术来确定所得结构的电子特性和电子运输特性。研究人员通过具有已知原子结构的石墨烯纳米器件测量电流。Peter Liljeroth说：“这是我们次创建出隧道效应半导体结，并且真正了解到它的具体原子结构。另外，通过实时测量通过电子器件的电流，我们还可以定量地分析理论与实验方面的差别。”
该研究毫无疑问将会为电子产品微型化打开新的局面，为生产更加微型的电子产品提供新的途径。
