量子电子学：双层石墨烯中的电荷行为类似光传播

德国哥廷根大学领导的国际研究团队通过实验证明，双层石墨烯中的电子像没有质量的粒子一样移动，就像光传播的方式一样。此外，他们还表明电流可以被“开关”控制，这有潜力用于开发微小、高能效的晶体管——就像家里的灯开关一样，只是在纳米尺度上。美国麻省理工学院（MIT）和日本国立材料科学研究所（NIMS）也参与了这项研究。相关结果已在《自然通讯》杂志上发表。

石墨烯于2004年被发现，它是由单层碳原子组成的。除了其众多特殊性质之外，石墨烯以其极高的电导率而闻名，这是由于电子在该材料中移动的速度非常高且恒定。这一独特特性让科学家们梦想着利用石墨烯制造更快、更节能的晶体管。然而，挑战在于要制造晶体管，该材料需要能够同时达到高绝缘状态和高导电状态。然而，在石墨烯中，很难实现这种载流子速度的“开关”。事实上，石墨烯通常没有绝缘状态，这限制了其作为晶体管的潜力。

哥廷根大学团队现在发现，天然形式的双层石墨烯结合了两个世界的优势：一种支持电子如同没有质量般迅速运动的结构，另一种是具有绝缘状态。研究人员表明，通过垂直施加电场，可以改变这种状态，使双层石墨烯具有绝缘特性。这种电子快速运动的特性早在2009年就有理论预测，但直到NIMS提供的材料大大提高了样品质量，并与MIT紧密合作推进理论研究后，才得以实验验证。虽然这些实验是在冷冻温度下进行的——约摄氏273度以下——但展示了双层石墨烯制造高效晶体管的潜力。

哥廷根大学物理学院的Thomas Weitz教授表示：“我们已经意识到这个理论。然而，现在我们进行了实验证明了双层石墨烯中电子的光子般传播。整个团队都非常兴奋。”该研究的第一作者、哥廷根大学博士后研究员Anna Seiler博士补充道：“我们的工作只是第一步，但是至关重要。研究人员的下一步将是验证双层石墨烯是否真的能改善晶体管，或者研究这种效应在其他技术领域的潜力。”