http://www.physorg.com/news125574730.html
March 24, 2008
Maryland 大學物理學家已經證明，在石墨薄片（graphene，石墨烯）中對於遷移率（mobility）的固有限制，那測量物質的導電性有多好，在室溫下高於任何已知材料。石墨薄片是一張單層原子厚的石墨，那是種結合了半導體與金屬這二方面的新材料。
他們的結果，發表在 Nature Nanotechnology 線上版，指出石墨薄片在取代傳統半導體材料（如矽）上，其應用範圍從高速電腦晶片到生物化學感應器，具有很大的希望。
一個由該大學 Center for Nanophysics and Advanced Materials 以及 Maryland NanoCenter 物理學教授 Michael S. Fuhrer 所領導的研究團隊表示，這些發現是石墨薄膜中，電子傳導之熱振動效應的第一次測量，並證明熱振動對於石墨薄膜中的電子具有極小的效應。
在任何物質中，能量與物質的溫度相關，導致物質的原子就地振動。當電子行進過此材料時，它們可彈回這些振動的原子引起電阻。這種電阻是材料「固有的」：它無法被消除，除非此材料被冷卻到絕對零度，因此也為一種材料的導電能力設了上限。
在石墨薄膜中，在室溫下振動的原子產生了大約 1.0 microOhm-cm 的電阻率（resistivity，阻抗值，那是電阻的特有度量；一塊材料的電阻是其電阻率乘以其長度除以其截面積）。這大約不到銅電阻率的 35%，是室溫下已知電阻率最低的物質。
"在今日很髒的石墨薄膜樣本中，其他外部的來源為石墨薄膜添加了一些額外的電阻率，" Fuhrer 解釋，"所以整體電阻率在室溫下並沒有像銅那樣低。然而，石墨薄膜的電子遠少於銅，故石墨薄膜中，電流事實上是由少數電子所攜帶，其移動速度則比銅當中的電子快很多。"
在半導體中，一種不同的度量，遷移率，被用來量化電子移動有多快速。石墨薄膜中電子遷移率的限制是由原子的熱振動所確定，在室溫下約為 200,000 cm2/Vs（相較之下，矽只有 1,400 cm2/Vs，銻化銦 (InSb) 是 77,000 cm2/Vs），是傳統半導體中最高的遷移率。
"有趣的是，在半導體的奈米碳管中，那可以想成石墨薄片被捲成圓柱體，我們已證明其遷移率在室溫下超過 100,000 cm2/Vs，" Fuhrer 說。（T. Durkop, S. A. Getty, Enrique Cobas, and M. S. Fuhrer, Nano Letters 4, 35 (2004)）
遷移率決定一個電子裝置（例如，場效應電晶體，那構成現代電腦晶片的基礎）能開啟或關閉的速度。相當高的遷移率讓石墨薄片有望用於那些電晶體極端快速切換的應用，例如處理相當高頻的訊號。
遷移率也可表示成某種材料每電子電荷載體的導電率，所以高遷移率也有助於化學或生物化學感應的應用，其中來自於，例如，此裝置所吸收分子的某種電荷訊號，能透過改變此裝置的導電率，轉換成一種電子訊號。
石墨薄膜也因此成為一種相當有希望的、化學與生物化學感應應用的材料。石墨薄膜低電阻率與超薄的本質，在薄的、物理上堅韌的、導電的透明薄膜中的應用也有前途。這樣的薄膜在各種電子應用中（從觸控式螢幕到太陽能電池）十分搶手。
Fuhrer 等人證明，雖然石墨薄膜在室溫下的遷移率極限高達 200,000 cm2/Vs，不過在現今樣本中，實際遷移率仍較低，大約在 10,000 cm2/Vs，留下顯著的改善空間。因為石墨薄膜只有一個原子厚，當前的樣本必須置於一種基質上，在此例中是二氧化矽。
使電荷陷於二氧化矽（一種原子尺度的灰塵）能影響石墨薄膜中的電子，並減少遷移率。此外，二氧化矽當中原子本身的振動，也能影響石墨薄膜，那比石墨薄膜本身的原子振動來的強烈。這種所謂的「remote interfacial phonon scattering（遠端接面聲子散射）」效應，在矽電晶體中的遷移率不過是種小修正，但因為石墨薄膜中的聲子本身在散射電子上如此沒有效率，故這種效應在石墨薄膜中變得相當重要。
"我們相信這項研究指出這些外在效應的重要性，並創造出一種路線圖，替未來的石墨薄膜裝置尋找更好的基質，以便減少這些帶電的雜質散射，與遠端接面聲子散射，" Fuhrer 說。
※ 相關報導：
＊ Intrinsic and extrinsic performance limits of graphene devices on SiO2
http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/abs/nnano.2008.58.html
Jian-Hao Chen, Chaun Jang, Shudong Xiao, Masa Ishigami &＊ 科學家發現石墨薄片像撞球桌
Michael S. Fuhrer
Nature Nanotechnology Published online: 23 March 2008
doi:10.1038/nnano.2008.58
＊ IBM 研究者抑制奈米尺度下的干擾
＊ 石墨薄片能吸熱
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新的進展(應該是同一團隊)，有量到與電壓相關的磁阻效應。http://www.nature.com/nphys/journal/vaop/ncurrent/full/nphys1962.html#auth-1
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