世界首例具有原子精度的全碳電子器件面世

2019年15日從廈門大學(xué)獲悉，該校固體表面物理化學(xué)國家重點實驗室、能源與石墨烯創(chuàng)新平臺洪文晶教授、謝素原教授與英國蘭卡斯特大學(xué)柯林·蘭伯特院士團隊合作，在國際上首次制備了以單個富勒烯分子為核心單元、石墨烯為電極的全碳電子器件，并通過富勒烯分子的分子工程學(xué)實現(xiàn)了對該全碳器件電子學(xué)性質(zhì)的調(diào)控，為突破硅基電子器件性能和尺寸極限，發(fā)展全碳電子器件提供了新思路。該研究成果于15日在線發(fā)表于《自然·通訊》期刊上。

當(dāng)前，基于硅基半導(dǎo)體的微納電子技術(shù)正在逼近其物理尺寸極限，而碳基器件相較硅基器件具有更快的速度和更低的功耗，被認為是最有希望替代現(xiàn)有硅基技術(shù)的未來信息器件方向。然而，如何制備具有原子級精度的全碳電子器件依舊是未來碳基芯片領(lǐng)域的發(fā)展瓶頸。針對這一關(guān)鍵技術(shù)問題，具有原子級規(guī)整結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的電學(xué)特性的富勒烯材料作為未來碳基電子器件的潛在核心單元進入科技家們的視野。

該研究團隊基于廈門大學(xué)在富勒烯材料制備的優(yōu)勢，通過了器件制備技術(shù)的自主研發(fā)和創(chuàng)新，將具有完美二維結(jié)構(gòu)的石墨烯作為電極，而具有獨特電子學(xué)性質(zhì)的富勒烯作為核心單元，克服單個富勒烯不到1納米的尺寸帶來的巨大挑戰(zhàn)，構(gòu)筑了由富勒烯和石墨烯組成的全碳電子器件，并通過與柯林·蘭伯特教授在理論計算方面的合作，發(fā)現(xiàn)該全碳電子器件在電子學(xué)領(lǐng)域具有眾多新奇的量子特性。

這一跨學(xué)科合作在國際上首創(chuàng)了具有原子級規(guī)整結(jié)構(gòu)的全碳電子器件的制備技術(shù)，從而將碳基電子器件推進至亞納米的極限尺寸，對于全碳電子學(xué)的發(fā)展具有重要意義，有望發(fā)展成為下一代碳基芯片技術(shù)的核心材料與器件。