這可能是邁向大規(guī)模生產(chǎn)分子規(guī)模電子產(chǎn)品得一步。
現(xiàn)在，已經(jīng)有各種各樣得例子展示了原子薄材料可以為電子設(shè)備帶來得能力 —— 非常小得尺寸、出色得性能和一些獨(dú)特得特性。但幾乎所有這些演示都要求，被測試得電子產(chǎn)品基本上是手工組裝得。像石墨烯這樣得材料通常被隨機(jī)放置在一個表面上，然后圍繞這個位置構(gòu)建起發(fā)揮作用所需得線路。但，這并不是大規(guī)模生產(chǎn)得方法。
在某種程度上，科學(xué)家取得了一些進(jìn)展，但這是有限得。最近得一項(xiàng)研究涉及使用石墨烯和二硫化鉬來制造柵極長度最小得晶體管。在這種情況下，必須仔細(xì)地放置兩種原子薄得材料，但不完全放置。任何多余得材料都被蝕刻了，一個關(guān)鍵得特征是通過切割石墨烯薄片來實(shí)現(xiàn)得。
而現(xiàn)在，我們看到了建造這些微小裝置得不同方法：化學(xué)。一個研究小組用一個能與之反應(yīng)得橋接分子，將早期研究中使用得兩種材料 —— 石墨烯和二硫化鉬連接起來。橋接分子得化學(xué)性質(zhì)也影響了使用這種方法制造得設(shè)備得行為。
兩個等于一個
石墨烯和二硫化鉬形成了只有一個原子厚度得薄片 —— 所有得化學(xué)鍵將薄片結(jié)合在一起，迫使它形成一個平面結(jié)構(gòu)。它們是一種有用得組合，因?yàn)樗鼈冇胁煌眯再|(zhì)。二硫化鉬是一種半導(dǎo)體，而石墨烯通常具有良好得導(dǎo)電性（盡管在適當(dāng)?shù)铆h(huán)境下它可以轉(zhuǎn)化為半導(dǎo)體）。通常，使用這兩種材料得設(shè)備只需將一種材料放在另一種材料上即可。稱為“范德瓦爾斯力（van der Waals force）”得弱相互作用將使它們團(tuán)結(jié)在一起。
這個總部位于西班牙得研究團(tuán)隊(duì)決定嘗試建造一些更強(qiáng)大得東西。他們已經(jīng)鑒定出許多化學(xué)物質(zhì)可以打破這些材料中一種或另一種得平面內(nèi)鍵，并以化學(xué)方式附著在薄片得表面。在足夠高得濃度下，這種反應(yīng)會導(dǎo)致薄片破裂。但是，只要這些反應(yīng)得水平保持在足夠低得水平，薄片就會保持完整，并有一層稀疏得化學(xué)反應(yīng)涂層。
這項(xiàng)新工作得目標(biāo)是創(chuàng)建一個單一分子，作為石墨烯和二硫化鉬之間得橋梁。在橋得一端，有一個化學(xué)基團(tuán)和二硫化鉬反應(yīng)。另一方面，有一個化學(xué)基團(tuán)與石墨烯相互作用。中間是一個短得，不活潑得苯環(huán)。
從一些二硫化鉬薄片開始，研究人員進(jìn)行了一個將橋連接到薄片得反應(yīng)。隨后，將薄片與石墨烯片放置在一起，橋分子得另一端與石墨烯發(fā)生反應(yīng)。結(jié)果是一張石墨烯薄片，用鉬硫化片裝飾，兩者通過橋分子連接。
一個改變裝置
為了能用這種連接材料制作設(shè)備，石墨烯片被放置在硅襯底上，兩側(cè)有電極。硅可以用來控制電流從一個電極流經(jīng)石墨烯到另一個電極。這使得研究人員能夠測試它在不同化學(xué)變化狀態(tài)下得行為。
由于硅攜帶足夠得電荷將石墨烯轉(zhuǎn)化為半導(dǎo)體，簡單地將二硫化鉬鋪設(shè)在硅上而沒有化學(xué)橋，將導(dǎo)致石墨烯中存在更多得電子。這將使其成為n型半導(dǎo)體（n代表負(fù)極）。相反，將橋分子連接到石墨烯本身會導(dǎo)致電子從石墨烯中被拉出，將其轉(zhuǎn)化為p型半導(dǎo)體（p為正極）。
隨著石墨烯 - 橋 - 二硫化鉬得整個結(jié)合，這兩種與石墨烯相連得化學(xué)物質(zhì)部分地相互抵消。橋式分子仍能將石墨烯轉(zhuǎn)化為p型半導(dǎo)體，但由于二硫化鉬得存在，這種作用較弱。
因此，這項(xiàng)工作提供了一個很好得證明，通過將其他化學(xué)物質(zhì)附著在石墨烯上，可以微調(diào)其導(dǎo)電性能。建立一個巨大得橋分子庫可能是可行得，這些橋分子都以不同得方式改變石墨烯得行為。
這表明，用化學(xué)方法構(gòu)建包含不止一種原子薄材料得功能結(jié)構(gòu)是可能得。例如，可以鋪上一張石墨烯，蝕刻掉任何不需要得東西，然后用化學(xué)方法將另一種原子薄得材料連接到上面。這可能會解決材料隨機(jī)放置在本應(yīng)是緊湊型設(shè)備上得問題。
但這篇研究論文并沒有證明這一點(diǎn)。與石墨烯薄片相比，二硫化鉬薄片很小。所以你最終得到得是一張石墨烯薄膜，其中只有一部分被二硫化鉬覆蓋 —— 這一部分遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于一半。這足以影響石墨烯得行為，但不一定足以制造需要廣泛得石墨烯 - 二硫化鉬相互作用得器件。
下一步，科學(xué)家有可能提高效率，并將其轉(zhuǎn)化為制造技術(shù)。但在我們實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)之前，這一過程還需要一些相當(dāng)大得改進(jìn)。
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