其他

石墨烯勁敵來了!

磷烯可用來製作效能更佳的電晶體。

撰文/奧索拉 ( Alexandra Ossola )
翻譯/甘錫安

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石墨烯勁敵來了!

磷烯可用來製作效能更佳的電晶體。

撰文/奧索拉 ( Alexandra Ossola )
翻譯/甘錫安


目前在工程師的神奇材料名單中,穩居首位的是石墨烯。這種材料由單層碳原子構成,擁有超群的物理強度和可撓性,同時具備獨特的電子特性。由於這些特質,研究人員得以把石墨烯運用在各種用途,包括手機充電器和濾水器等。


不過在某一方面,石墨烯的表現令人有點失望:它不是天然半導體。儘管工程師在控制石墨烯性質的技術上已經取得相當進展,石墨烯能用於電晶體(電晶體的功能是調整電流以供應電子裝置),但他們同時也把注意力轉移到另一種結構類似的替代材料。這種材料由單層黑磷原子構成,稱為「磷烯」(phosphorene)。


磷烯在高壓下會形成黑磷,早在一個世紀前人們就發現黑磷具有超導性。2014年,美國普渡大學的研究團隊分離出單層黑磷原子,從此之後,該領域的其他科學家也開始研究磷烯。光是在2014年,提及這種二維材料的論文就超過400篇。


加拿大馬吉爾大學二維材料專家史柯佩克(Thomas Szkopek)表示,這股熱潮的重點,在於磷烯可能取代電子裝置中效率較低的材料。他指出,黑磷是「貨真價實的半導體」,即其導電性可開啟和關閉。由於它具有這種特質,因此工程師可調控通過磷烯的能量,而且調控範圍達許多個數量級。這類調控方式可大幅減少電流損失,使電晶體效率更接近完美。傳統電晶體通常以矽製造,效率比熱力學極限低了百萬個量級。


雖然材料科學家對磷烯寄予厚望,但是磷烯的某些性質可能影響未來它在半導體上的用途(參見下方表格)。如果研究人員無法解決這些問題,或許也可把這種材料用在其他方面:磷烯不像矽那麼脆,因此可用於可撓式電子裝置;而且磷能發光,磷烯也可用於製作雷射裝置或LED。或許磷烯的最佳用途還有待開發。


史柯佩克表示:「全世界近來對磷烯這類具有許多獨特性質的二維材料,突然大感興趣。」鍺烯、矽烯和錫烯等其他具有類似結構的材料,也在等待機會大展身手。