上海微系統所發表面向量子電子學的石墨烯納米帶展望文章
文章來源： | 發布時間：2021-09-30
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石墨烯納米帶（GNRs）是由石墨烯晶格剪切而成的一維（1D）材料。GNRs具有高遷移率和強載流能力、可調的帶隙以及多樣的電學性能。這些獨特的性質使GNRs有望應用于納米尺寸的場效應晶體管（FETs）、自旋電子器件和量子信息處理的未來電子學領域。為了充分利用GNRs的這些特性，對GNRs結構性質的精確理解、原子結構的精準控制以及規?；苽涫侵饕魬?。在過去的幾年中，面向原子精準的自下而上的GNRs和異質結合成已經取得了重要的進展，這些合成方法為功能分子器件的研究提供了理想平臺。同時，絕緣襯底上成功制備的半導體性GNRs有益于大規模的數字電路設計，為未來原子層厚度的集成電路開發奠定了基礎。隨著進一步的發展，GNRs可以被視為未來量子信息科學（QIS）中具有競爭性的候選材料。
近日，中科院上海微系統所王浩敏、謝曉明團隊聯合南京大學王欣然教授、美國橡樹嶺國家實驗室李安平教授于Nature Reviews Physics發表題為“Graphene nanoribbons for quantum electronics”的展望文章。文章首先從GNRs材料制備的角度系統介紹了其在催化襯底表面的精準制造和技術相關襯底表面的規?；铣?，指出了當前面臨的技術瓶頸并探討了相關解決方案。此外，文章回顧了GNRs在邏輯器件和自旋器件方面取得的成果，并就關鍵指標與碳納米管（CNT）、二硫化鉬（MoS2）、硅納米片（Si NS）以及硅基5nm節點工藝的FETs進行對比，GNRs具有眾多優異的性能，在未來量子電子學應用領域極具潛力。最后，文章描繪了GNRs在三維（3D）集成和量子計算方面的應用前景，并提出基于GNRs的6種器件構想。
該論文的共同第一作者為上海微系統所王浩敏研究員、王慧山博士和中國科學技術大學馬傳許研究員，通訊作者為上海微系統所王浩敏、謝曉明研究員、南京大學王欣然教授和美國橡樹嶺國家實驗室李安平教授。該工作得到國家重點研發計劃、中科院先導B類計劃、國家自然科學基金、上海市科委基金、中國博士后科學基金等相關研究計劃的支持。
圖1、石墨烯納米帶的分類和相應的電子結構
表1、石墨烯納米帶與其他代表性材料的基準電學性能對比
論文連接：https://www.nature.com/articles/s42254-021-00370-x
