革命性的计算机技术：金属碳电路元件能够更快，高效的碳基晶体管工作

扫描宽带金属石墨烯纳米纳米（GNR）的隧道显微镜图像。每个突起簇对应于单独占用的电子轨道。在每个簇附近的五角形环的形成导致金属GNR的导电性增加到超过十倍。GNR骨架的宽度为1.6纳米。

碳素完整工具箱金属线用于碳基电脑。

基于碳而不是硅的晶体管可能会增加电脑的速度，并将其功耗降低超过千倍 - 想到一个持有其收费的移动电话 - 但是直到构建工作碳电路所需的一组工具仍然不完整现在。

加州大学的化学家和物理学家团队伯克利终于在工具箱中创造了最后一个工具，这是一个完全由碳制成的金属电线，在研究中设定阶段，以构建基于碳的晶体管，最终，计算机。

“留在碳基材料领域内的同一材料中，是现在将这项技术带到的是，UC伯克利化学教授Felix Fischer表示，注意到使所有电路元件从相同材料中制造的能力使得制造更轻松。“这是一家基于碳的集成电路架构的大图片中缺少的关键问题之一。”

金属线 - 如用于连接计算机芯片中的晶体管的金属通道 - 从设备携带电力到设备，并将半导体元件互连，电脑的构件块。

UC Berkeley Group一直在多年的是如何从石墨烯纳米中制作半导体和绝缘体，这是狭窄的一维石墨烯条的窄石墨烯，完全由相互连接的六边形图案的碳原子组成的结构金属丝。

扫描窄带金属石墨烯纳米卷（GNR）的隧道显微镜图像。白色突起对应于已经仔细布置成形成扩展导电状态的单独占用的电子轨道。这里GNR骨架的宽度仅为1.6纳米。

新的碳基金属也是石墨烯纳米架，但是设计有眼睛，朝向全碳晶体管中的半导体纳米之间进行电子。金属伯克利物理学教授Michael Crommie表示，通过将它们从较小的相同构建块组装起来，通过从较小的相同的构建块组装：自下而上的方法构建。每个构建块都有助于沿纳米布自由流动的电子。

而其他基于碳的材料 - 类似延伸的2D石墨烯和碳纳米管 - 可以是金属的，但它们有它们的问题。将2D石墨烯重塑成纳米刻度条，例如，自发地将它们变成半导体，甚至绝缘体。作为优异导体的碳纳米管不能用大量的纳米纤维增强和再现性相同的精度和再现性。

“纳米布尔允许我们使用自下而上的制造化学进入各种各样的结构，纳米管道尚未与纳米管有可能的东西。”“这使我们能够基本上针对电子纳米以创建金属纳米臂，以前没有完成。这是石墨烯纳米布斯技术领域的大挑战之一，以及为什么我们对此感到非常兴奋。“

金属石墨烯纳米 - 特征在于金属的宽，部分填充的电子带特性 - 应在电导下与2D石墨烯本身相当。

“我们认为金属线真的是一个突破;这是我们首次有意创造超窄的金属导体 - 一种良好的内在导体 - 出于基于碳的材料，而无需外部掺杂，“费舍添加。

Crommie，Fischer及其同事在UC Berkeley和Lawrence Berkeley国家实验室（Berkeley Lab）将在2020年9月25日发布他们的调查结果，该科学发布了“科学”。

调整拓扑

基于硅的集成电路有几十年的供电计算机，每个摩尔法都有几十年的速度和性能，但它们正在达到它们的速度限制 - 即他们可以在零和那些之间切换的快速。降低功耗也变得更加努力;计算机已经使用了世界上大部分的全球能源生产。费城人表示，基于碳的计算机可能会比硅电脑快得多速快几次速度快得多时间。

石墨烯是纯碳，是这些下一代基于碳的计算机的领先竞争者。然而，狭窄的石墨烯条是主要的半导体，并且挑战已经使它们作为绝缘体和金属相对，分别是完全非导电的绝缘体和金属 - 以构造完全来自碳的晶体管和处理器。

几年前，菲舍尔和克拉米与理论材料科学家STEVEN LOUIE，一位UC BERKELEY物理学教授，发现新的方式连接小长度的纳米孔，可靠地创造出完整的导电性能。

两年前，该团队证明，通过以正确的方式连接纳米布短片，每个段中的电子可以被安排以创造一种新的拓扑状态 - 一种特殊的量子波功能 - 导致可调半导体性能。

在新的工作中，他们使用类似的技术将纳米杆的短片段缝合在一起，以产生长长纳米的导电金属线，几乎没有纳米宽。

使用扫描隧道显微镜在非常平坦的表面上在化学上产生纳米杆。使用简单的热量诱导分子以在正确的方式中化学反应并加入。Fischer将雏菊束的构建块的装配与一组乐高的组装进行比较，但乐高乐杆设计以适应原子规模。

“他们都精确地设计，以便只有一种方式它们可以合适。就好像你拿一袋乐队，你摇动它，出来的是一个完全组装的汽车，“他说。“这是控制与化学自组装的魔力。”

一旦组装，新的纳米·墨邦的电子国家就是金属 - 就像Louie预测 - 每个段都有助于单个导电电子。

最终的突破可归因于纳米布结构的微小变化。

“使用化学，我们创造了一个微小的变化，每100个原子只有一个化学键，但从实际的角度来看，这增加了纳米·纳米的金属，这是一个重要的观点。克切说，这是一个很好的金属。

这两位研究人员正在使用UC Berkeley的电气工程师，将它们的半导体，绝缘和金属石墨烯纳米工具箱组装成工作晶体管。

“我相信这项技术将彻底改变我们将来建设集成电路的方式，”菲舍尔说。“这应该从现在可以从硅的最佳表现中取得一大堆。我们现在可以在低得多的功耗下访问更快的开关速度的路径。这是在未来推动推动碳电子半导体行业的推动。“

参考：“通过零模式超级诱导石墨烯纳米中的金属性”丹尼尔J.Rizzo，Gregory Veber，景伟江，Ryan McCurdy，Ting Cao，Christopher Bronner，Ting Chen，Steven G. Louie，Felix R.Fischer和Michael F. Chommie 2020年9月25日，Science.doi：
10.1126 / science.aay3588.

本文的联合主导作者是来自UC Berkeley的物理和Gregory Veber的Daniel Rizzo和Jingwei Jiang，来自化学系。其他共同作者是Steven Louie，Ryan McCurdy，Ting Cao，Christopher Bronner和UC Berkeley的陈陈。江，曹，路易，菲舍尔和克罗米隶属于伯克利实验室，而菲舍尔和克罗米是Kavli Energy Nanosciences Institute的成员。

该研究得到了海军研究办公室，能源部，节能电子科学中心和国家科学基金会。