碳纳米结构的晶体管:听起来像是遥不可及的梦想，但是现在在几年后可能成为现实。目前，科学家们现在已经从石墨烯带中制造出了纳米晶体管，它的宽度只有几个原子。

图片所示：在金色的衬底上，微观的石墨烯带纵横交错。

所谓的石墨烯纳米带只有几个原子宽，并且具有特殊的电子性质，这使它们成为未来纳米电子的候选材料:石墨烯，一个原子薄、蜂窝状的碳层，是一种导电材料，它可以成为纳米带的一种半导体。这意味着它有一个足够大的能量或带隙，没有电子状态可以存在:它可以被打开和关闭——从而可能成为纳米晶体管的一个关键组成部分。

然而，这些石墨烯带的原子结构中最小的细节，对能量隙的大小有巨大的影响，因此，纳米带作为晶体管的组成部分非常合适。一方面，这个间隙取决于石墨烯带的宽度，而另一方面则取决于边缘的结构。由于石墨烯由等边碳六方组成，因此边界可能有一个之字形或所谓的扶手椅形，这取决于带的方向。虽然带着锯齿状边缘的条带像金属一样运动，也就是说它们是导电的，但它们变成了扶手椅边缘的半导体。

这对纳米带的生产提出了一个巨大的挑战:如果带子从一层石墨烯上切割或通过切割碳纳米管制成，边缘可能是不规则的，因此石墨烯带可能不会显示出所需的电性能。
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创造一个有9个原子的半导体

与马克斯·普朗克研究中心合作的普里卡研究中心和加州大学伯克利分校的高分子研究实验室现在成功地将9个原子的缎带，从前驱分子的扶手椅边缘上长出来了。这些经过特殊准备的分子在真空中被蒸发掉。经过几个步骤，它们就像一块黄金底座上的拼图一样形成了一种纳米尺寸的纳米长条，长度约为一纳米，长到50纳米。

这些结构只能通过扫描隧道显微镜才能看到，现在有一个相对较大的，最重要的是，精确定义的能量隙。这使研究人员能够进一步将石墨烯带集成到纳米晶体管中。然而，最初的尝试并不是很成功:测量表明，“ON”状态(即应用电压)和“关闭”状态(没有应用电压)之间的电流的差异太小。问题是硅氧化物的电介质层，它将半导体层与电开关的接触连接起来。为了得到想要的特性，它需要50纳米厚，这反过来又影响了电子的行为。

然而，研究人员随后成功地通过使用氧化物(HfO2)取代了氧化硅作为介质材料，从而大规模地减少了这一层。因此，这一层现在只有1.5纳米薄，而“on”-电流则是数量级的数量级。

另一个问题是将石墨烯带加入到晶体管中。将来，在晶体管的基板上，这些带应该不再是十字交叉，而是沿着晶体管通道排列。这将大大降低目前高水平的无功能纳米晶体管的数量