中美科学家联手突破石墨烯芯片技术，或将重塑未来计算格局

中美科学家联手突破石墨烯芯片技术，或将重塑未来计算格局

引用

澎湃

等

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来源

1.

https://m.thepaper.cn/newsDetail_forward_26448899

2.

https://www.stdaily.com/web/gdxw/2024-12/13/content_273187.html

3.

https://36kr.com/p/2670882530932231

4.

https://www.stcn.com/article/detail/1148319.html

5.

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1812581481314986308

6.

https://m.thepaper.cn/newsDetail_forward_27801255

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https://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2024/8/380992.shtm?id=380992

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https://news.sina.com.cn/c/2024-08-24/doc-incktncn0384667.shtml

9.

https://new.qq.com/rain/a/20240301A06Y2H00

10.

http://www.fst-tech.com/zhishizhuanlan/2405.html

近日，中国天津大学与美国佐治亚理工学院联合宣布了一项重大科研突破：通过对外延石墨烯生长过程的精确调控，成功在石墨烯中引入带隙，创造出一种新型稳定的半导体石墨烯。这一突破性进展不仅解决了困扰科学家数十年的石墨烯零带隙难题，更为未来高性能计算芯片的发展开辟了新的可能。

石墨烯，这种由单层碳原子构成的二维晶体材料，自2004年被首次制备以来，就因其卓越的物理特性而备受关注。与传统的硅材料相比，石墨烯展现出惊人的优势：

• 超高电子迁移率：石墨烯的电子迁移率高达20万cm²/Vs，是硅材料的100倍以上。这意味着在石墨烯芯片中，电子的移动速度更快，可以实现更高的运算速度和更低的功耗。
• 优异的热稳定性和机械强度：石墨烯的原子结构使其能够在极端环境下保持性能稳定，不易受损。
• 超薄柔性特点：石墨烯的厚度仅为0.34纳米，相当于硅材料的1/300，这使得它能够适应各种复杂形状，为可穿戴设备和柔性电子提供了新的可能性。

尽管石墨烯具有诸多优势，但其零带隙特性（即没有禁带宽度）一直是制约其在半导体领域应用的最大障碍。没有带隙就意味着无法实现晶体管的“关断”功能，这是逻辑电路运行的基础。

天津大学马雷教授团队的最新研究突破了这一瓶颈。通过准平衡退火方法，他们成功制备出具有0.6 eV带隙的半导体石墨烯，同时保持了超过硅材料十倍的室温迁移率。这一突破意味着石墨烯终于可以像硅一样，用于制造高性能的晶体管和集成电路。

石墨烯芯片的突破性进展，预示着计算技术可能迎来重大变革：

• 高性能计算：石墨烯芯片的高迁移率特性将极大提升计算速度，为人工智能、大数据处理等高算力需求场景提供更强支持。
• 光电芯片：中科院物理研究所等机构的研究表明，石墨烯在光电调制器和光电芯片领域具有广阔应用前景，有望提升光通信的带宽和传输效率。
• 柔性电子与可穿戴设备：石墨烯的超薄柔性特点使其成为制造下一代可穿戴设备的理想材料，可以实现更舒适、更贴合人体的穿戴体验。

在石墨烯研究领域，中美科学家的合作成果斐然。除了天津大学与佐治亚理工学院的联合研究外，2024年《物理世界》年度十大突破中，还有一项来自中国天津大学与美国佐治亚理工学院团队的成果，他们成功开发出具有带隙的半导体石墨烯，为未来高性能计算芯片的发展开辟了新的可能。

石墨烯芯片的突破性进展，预示着计算技术可能迎来重大变革。随着中美科学家的持续合作与创新，我们有理由相信，石墨烯芯片有望在不久的将来从实验室走向产业化，为全球科技发展注入新的动力。