工程师开发了石墨烯逻辑电路的新方法

研究中使用的石墨烯器件的罐头电子显微镜图像。石墨烯蚀刻到UCR徽标中。比例尺为一纳米。

加州大学河滨分校的科学家开发了一种用于石墨烯逻辑电路的新方法，从而改变了电路中信息的处理方式。

加利福尼亚州里弗赛德市—加利福尼亚大学河滨分校的伯恩斯工程学院的研究人员团队解决了一个问题，该问题以前是在电子设备中使用石墨烯的一个严重障碍。

石墨烯是单原子厚的碳晶体，具有独特的特性，对电子学有益，包括极高的电子迁移率和声子热导率。但是，石墨烯不具有能带隙，该能带隙是半导体材料的特定特性，该半导体材料将电子与空穴分离，并允许完全关闭使用给定材料实现的晶体管。

用石墨烯实现的晶体管将非常快，但是由于不存在能带隙而在截止状态下会遭受泄漏电流和功耗的影响。通过量子限制或表面官能化在石墨烯中诱导带隙的努力并未取得突破。这让科学家们怀疑石墨烯在电子电路中进行信息处理是否可行。

加州大学河滨分校的团队–都是电气工程教授，亚历山大·巴兰丁和罗杰·雷德，电气工程学兼职教授亚历山大·基顿，以及刘冠雄和索尼亚·阿桑，他们都是在从事这项研究的同时从加州大学河滨分校获得博士学位的–消除了这个疑问。

Balandin说：“大多数研究人员试图改变石墨烯，使其更像逻辑电路中的常规半导体。”“这通常会导致石墨烯性能下降。例如，尝试诱导能带隙通常会导致电子迁移率降低，同时仍不会导致足够大的带隙。”

“我们决定采取替代方法，”巴兰丁说。“我们没有尝试改变石墨烯，而是改变了电路中信息处理的方式。”

UCR团队证明，在石墨烯场效应晶体管中实验观察到的负差分电阻允许使用无间隙石墨烯构建可行的非布尔计算架构。在某些偏置方案下观察到的负差分电阻是石墨烯的固有性质，这是由于其对称的能带结构所致。可以使用http://arxiv.org/abs/1308.2931访问具有UCR发现的论文的高级版本。

在计算机和手机中使用的现代数字逻辑基于在基于半导体开关的电路中实现的布尔代数。它使用零和一来编码和处理信息。但是，布尔逻辑不是处理信息的唯一方法。加州大学河滨分校的研究小组提议利用石墨烯的特定电流-电压特性来构建非布尔逻辑架构，该架构利用了非线性网络的原理。

这项研究的石墨烯晶体管是由Liu在加州大学河滨分校的Balandin纳米器件实验室建造和测试的。在Lake下工作的Ahsan使用原子模型模拟了导致异常电气特性的物理过程。Khitun提供了有关非布尔逻辑体系结构的专业知识。

莱克研究小组进行的原子建模表明，负微分电阻不仅出现在微观尺寸的石墨烯器件中，而且出现在纳米级，这将允许制造极小和低功耗的电路。

根据加州大学河滨分校的研究小组，所提出的石墨烯电路方法提出了石墨烯研究的概念性变化，并为石墨烯在信息处理中的应用指明了一条替代途径。

研究报告的PDF副本：基于石墨烯的非布尔逻辑电路

图像：加州大学河滨分校