Graphene conducts electricity ten times better than expected
http://www.nature.com/news/graphene-conducts-electricity-ten-times-better-than-expected-1.14676
生在在碳化矽（silicon carbide）上的石墨烯層，導電性能甚至比理論預測值好。
Elizabeth Gibney
Nature, 06 February 2014
doi: 10.1038/nature.2014.14676
物理學家已製造出石墨烯的奈米帶（nanoribbons），這種單個原子厚的碳，其導電性能比理論所預測的（甚至是這種材料最理想化的形態）還要更好。這項發現能幫助石墨烯實現其在高階電子產品中的承諾：研究者長久以來一直希望它能夠超越傳統材料，例如矽，的表現。
在室溫下，石墨烯中的電子移動比其他材料中的還要快。但將石墨烯薄片切割成連接奈米級電路所需之狹窄帶狀物的技術，會留下凹凸不平的粗糙邊緣，那會擾亂電子的流動。（參見：'Graphene: The quest for supercarbon'，http://goo.gl/g03Gcr）
現在，一個由喬治亞理工學院（GIT）的物理學家 Walt de Heer 所領導的團隊，已製造出一種奈米帶，能使電荷傳導超過 10 微米（μm）而不會遇到阻礙 -- 比典型的石墨烯奈米帶遠 1,000 倍（註一）。Heer 團隊所打造的奈米帶其導電能力比標準電子遷移理論的預測要好十倍，作者們表示。這種暢行無阻的運動意味著，電路傳遞訊號的速度會更快，而且不會有過熱的問題，那困擾著典型的半導體晶片。
奈米帶與跨接
該團隊並非製造更大片的石墨烯薄片然後再將它們切割成奈米帶，他們反而在碳化矽（一種已在電子產品中廣泛使用的材料）的跨接（ridges）側壁生長石墨烯。利用一種在 2010 年首度被描述的製程（註二），研究者將元件加熱超過攝氏 1,000 度以上。矽原子接著被蒸發，留下 40 奈米寬的一層石墨烯。此製程意味著這裡並沒有懸吊鍵（dangling bonds）或是粗糙邊緣使電子散射， de Heer 表示。
這些研究結果，發表在本週的 Nature 期刊線上版（註一），指出移動到奈米帶邊緣的電子更像在一條光纖中傳播的光，而不是像在標準導體中的一般電子那樣撞擊與散射， de Heer 表示。
Francisco Guinea，（西班牙）馬德里，材料科學研究所的理論物理學家表示，對於這種「彈道」傳輸（'ballistic' transport）的證據令人信服。"該團隊在改良基質與其上方的石墨烯層已有大約十年的時間。而他們現在確實有了成果，" 他說。
James Tour，德州休士頓，Rice 大學的有機化學家，他亦在研究石墨烯奈米帶，表示這些結果很「卓越」，而且很可能成為石墨烯領域中的一個指標性研究。"這些結果看起來非常鼓舞人心。"
因失序而無法完成
其他人則對這項結果「將成為一場革命的先驅」有更多的質疑。多年來的理論性研究已經證明，在狹隘的奈米帶中，由於材料中的不純所導致的失序將摧毀這種快速傳導，Antonio Castro Neto 表示，新加坡國立大學石墨烯研究中心。如果研究者觀察更長的奈米帶，他們將看到這些效應，他說。"那無可避免。不幸的是，石墨烯並非那種你應該在數位化應用中使用的材料，" 他補充表示，他反而建議新的半導體材料，諸如 phosphorene（參見：'Phosphorene excites materials scientists'，http://goo.gl/pE2t8K）。
奈米帶的傳導甚至比絕大多數理論預測更好，仍是個謎。De Heer 討厭去懷疑為何如此。"我所能說的是，也許起點 -- 它們是簡單的電荷載體 -- 是錯誤的。我的信念是，這種物理學不一樣，" 他說。相較之下，Guinea 認為，呼喚新物理學來解釋這些結果的時機太早了，而且比較世俗的解釋 -- 例如，這個系統應該比實驗者所能想像的要更完美無瑕 -- 應該先被排除。
假設結果經過證明是對的，那麼這個團隊將要克服擴大（scaling up）其生產方式問題，Andrea Ferrari 說，英國劍橋大學劍橋石墨烯中心主任。Tour 亦提到，在真實世界中，來自空氣中的水分子會黏在石墨烯上並改變其特性。"這些性質看起來很美妙，不過它們將如同這些展示一樣神奇嗎？或許不會。但它們仍將滿足所需要的應用，所以我仍持鼓勵態度，" 他說。
※ 相關報導：
註一：
＊ Exceptional ballistic transport in epitaxial graphene nanoribbons
http://www.nature.com/nature/journal/v506/n7488/full/nature12952.html
http://www.nature.com/news/graphene-conducts-electricity-ten-times-better-than-expected-1.14676
生在在碳化矽（silicon carbide）上的石墨烯層，導電性能甚至比理論預測值好。
Elizabeth Gibney
Nature, 06 February 2014
doi: 10.1038/nature.2014.14676
物理學家已製造出石墨烯的奈米帶（nanoribbons），這種單個原子厚的碳，其導電性能比理論所預測的（甚至是這種材料最理想化的形態）還要更好。這項發現能幫助石墨烯實現其在高階電子產品中的承諾：研究者長久以來一直希望它能夠超越傳統材料，例如矽，的表現。
在室溫下，石墨烯中的電子移動比其他材料中的還要快。但將石墨烯薄片切割成連接奈米級電路所需之狹窄帶狀物的技術，會留下凹凸不平的粗糙邊緣，那會擾亂電子的流動。（參見：'Graphene: The quest for supercarbon'，http://goo.gl/g03Gcr）
現在，一個由喬治亞理工學院（GIT）的物理學家 Walt de Heer 所領導的團隊，已製造出一種奈米帶，能使電荷傳導超過 10 微米（μm）而不會遇到阻礙 -- 比典型的石墨烯奈米帶遠 1,000 倍（註一）。Heer 團隊所打造的奈米帶其導電能力比標準電子遷移理論的預測要好十倍，作者們表示。這種暢行無阻的運動意味著，電路傳遞訊號的速度會更快，而且不會有過熱的問題，那困擾著典型的半導體晶片。
奈米帶與跨接
該團隊並非製造更大片的石墨烯薄片然後再將它們切割成奈米帶，他們反而在碳化矽（一種已在電子產品中廣泛使用的材料）的跨接（ridges）側壁生長石墨烯。利用一種在 2010 年首度被描述的製程（註二），研究者將元件加熱超過攝氏 1,000 度以上。矽原子接著被蒸發，留下 40 奈米寬的一層石墨烯。此製程意味著這裡並沒有懸吊鍵（dangling bonds）或是粗糙邊緣使電子散射， de Heer 表示。
這些研究結果，發表在本週的 Nature 期刊線上版（註一），指出移動到奈米帶邊緣的電子更像在一條光纖中傳播的光，而不是像在標準導體中的一般電子那樣撞擊與散射， de Heer 表示。
Francisco Guinea，（西班牙）馬德里，材料科學研究所的理論物理學家表示，對於這種「彈道」傳輸（'ballistic' transport）的證據令人信服。"該團隊在改良基質與其上方的石墨烯層已有大約十年的時間。而他們現在確實有了成果，" 他說。
James Tour，德州休士頓，Rice 大學的有機化學家，他亦在研究石墨烯奈米帶，表示這些結果很「卓越」，而且很可能成為石墨烯領域中的一個指標性研究。"這些結果看起來非常鼓舞人心。"
因失序而無法完成
其他人則對這項結果「將成為一場革命的先驅」有更多的質疑。多年來的理論性研究已經證明，在狹隘的奈米帶中，由於材料中的不純所導致的失序將摧毀這種快速傳導，Antonio Castro Neto 表示，新加坡國立大學石墨烯研究中心。如果研究者觀察更長的奈米帶，他們將看到這些效應，他說。"那無可避免。不幸的是，石墨烯並非那種你應該在數位化應用中使用的材料，" 他補充表示，他反而建議新的半導體材料，諸如 phosphorene（參見：'Phosphorene excites materials scientists'，http://goo.gl/pE2t8K）。
奈米帶的傳導甚至比絕大多數理論預測更好，仍是個謎。De Heer 討厭去懷疑為何如此。"我所能說的是，也許起點 -- 它們是簡單的電荷載體 -- 是錯誤的。我的信念是，這種物理學不一樣，" 他說。相較之下，Guinea 認為，呼喚新物理學來解釋這些結果的時機太早了，而且比較世俗的解釋 -- 例如，這個系統應該比實驗者所能想像的要更完美無瑕 -- 應該先被排除。
假設結果經過證明是對的，那麼這個團隊將要克服擴大（scaling up）其生產方式問題，Andrea Ferrari 說，英國劍橋大學劍橋石墨烯中心主任。Tour 亦提到，在真實世界中，來自空氣中的水分子會黏在石墨烯上並改變其特性。"這些性質看起來很美妙，不過它們將如同這些展示一樣神奇嗎？或許不會。但它們仍將滿足所需要的應用，所以我仍持鼓勵態度，" 他說。
※ 相關報導：
註一：
＊ Exceptional ballistic transport in epitaxial graphene nanoribbons
http://www.nature.com/nature/journal/v506/n7488/full/nature12952.html
Jens Baringhaus, Ming Ruan, Frederik Edler, Antonio Tejeda,
Muriel Sicot, Amina Taleb-Ibrahimi, An-Ping Li,
Zhigang Jiang, Edward H. Conrad, Claire Berger,
Christoph Tegenkamp, Walt A. de Heer.
Nature 506, 349–354 (20 February 2014)
doi: 10.1038/nature12952
註二：
Sprinkle, M. et al. Nature Nanotech. 5, 727–731 (2010).
＊ 測量石墨烯厚度的便利方法
＊ 如何解決石墨烯電晶體的大問題？
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