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掺杂氮的多孔石墨烯带用于电子和量子计算

一组物理学家和化学家首次制造出多孔石墨烯带,其中晶格中的特定碳原子被氮原子取代。巴塞尔大学、伯尔尼大学、兰开斯特大学和华威大学的研究人员在《美国化学学会杂志》上报告说,这些带具有半导体特性,这使得它们在电子学和量子计算领域具有吸引力。

石墨烯由单层碳原子组成,呈蜂窝结构。由于其独特的性能,包括优异的导电性以及惊人的强度和硬度,这种材料不仅在基础研究中很有价值,而且在各种应用中都很有价值。世界各地的研究团队正在努力通过用不同元素的原子取代晶格中的碳原子来进一步扩展这些特性。此外,晶格中孔隙的形成也可以改变其电磁性能。

阶梯状结构

现在,由巴塞尔大学的物理学家恩斯特·迈耶教授和伯尔尼大学的化学家刘世霞博士领导的一个研究小组已经成功地制造出了第一个晶格中包含周期性孔和有规则的氮原子的石墨烯带。这种新材料的结构类似于阶梯,每一级含有两个氮原子。

为了合成这些多孔的、含氮的石墨烯带,研究人员在真空中将单个构件在银表面逐级加热。这些带是在高达220摄氏度的温度下形成的。原子力显微镜不仅可以让研究人员监测合成过程中的各个步骤,还可以确认分子的完美阶梯结构和稳定性。

非凡的属性

利用扫描隧道显微镜,来自巴塞尔大学物理系和瑞士纳米科学研究所(SNI)的科学家们也证明了这些新的石墨烯带不再是纯石墨烯那样的电导体,而是表现为半导体。来自伯尔尼大学和华威大学的同事通过对电子性质的理论计算证实了这些发现。该研究的第一作者雷米?波拉克博士说:“半导体特性对于潜在的电子应用至关重要,因为它们的导电性可以专门调整。”

从文献中可以得知,晶格中高浓度的氮原子会导致石墨烯带在磁场作用下磁化。“我们期望这些多孔的、掺杂氮的石墨烯带显示出非凡的磁性,”恩斯特·迈耶说。“因此,在未来,这种带可能会在量子计算的应用中引起人们的兴趣。”

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