石墨烯显神威,科学家成功制成一维电线

我们的世界是三维的,即使最薄的物体,比如一张纸,放大后,它仍然是一个由分子层构成的三维结构。 然而,科学家发现了一个二维物体,即众所周知的石墨烯。石墨烯是一种六边形平面薄膜,具有由单个碳原子组成的蜂窝状晶格。当然,它不是完全意义上的二维物体。毕竟,它只有一个碳原子的厚度。然而,恐怕你在这个世界上再也找不到二维的了。

-那么这个世界上有一维的东西吗?你一定认为我们很聪明,难道我们不把石墨烯薄膜切割成一维原子吗?不幸的是,这种方法不起作用。石墨烯是目前世界上最薄、最硬的物质。它比钻石还硬。你要用什么切它?此外,即使你把它切开,原子就像玻璃弹珠,它们都会砰的一声消失。你如何将它们连接成一个稳定的一维结构?

-没有出路吗?仅仅因为你做不到并不意味着科学家做不到。英国剑桥大学的研究人员想出了一个极其聪明的方法。因为他们不能切割它,卷起石墨烯,形成一种叫做碳纳米管的中等空结构。 研究人员将一种叫做碲的类似金属的物质注入碳纳米管,然后缩小碳纳米管的直径。 由于碳纳米管是世界上最强的物质,贫碲原子不得不在内部相互挤压并重新排列它们的排列,最终成为单个原子的线性结构。 通过使用直径在0.7到1.1纳米之间的碳纳米管,研究人员已经成功制造出稳定的“一维碲线”,直径仅为人类头发的十分之一。 研究结果发表于《美国化学学会纳米》 (ACS Nano)

碲元素通常是一种半导体,但在一个紧密的外壳中空,它的物理行为更像金属,像电线。 通过改变碳纳米管的直径,科学家可以控制碲的物理性质。 领导这项研究的保罗梅德罗斯(Paul Mederos)认为,这是世界上最精确的“一维”系统,这可能会导致材料科学和电子小型化的飞跃,比目前可用的晶体管更小的晶体管的实现,以及已经岌岌可危的摩尔定律的拯救。 该定律规定,集成电路中可容纳的晶体管数量每18至24个月翻一番。 随着人类的制造水平越来越高,晶体管的尺寸越来越接近材料的极限,摩尔定律预计只能持续到2020年。 “一维”碲线的成功将晶体管转变成了晶体管,成功地挽救了摩尔定律,但同时也将它推向了逻辑的尽头。

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