量子电子学电荷在双层石墨烯中像光一样传播

由哥廷根大学领导的一个国际研究小组通过实验证明，天然存在的双层石墨烯中的电子像没有任何质量的粒子一样移动，就像光传播一样。此外，他们还表明，电流可以“打开”和关闭，这有可能开发出微型、节能的晶体管——就像你家里的电灯开关，但尺寸是纳米级的。

石墨烯于2004年被发现，是单层碳原子。在其许多不寻常的特性中，石墨烯以其极高的导电性而闻名，这是由于电子在这种材料中的高且恒定的速度。这种独特的功能使科学家梦想使用石墨烯制造更快、更节能的晶体管。

挑战在于，为了制造晶体管，除了高导电状态之外，还需要控制材料使其具有高绝缘状态。然而，在石墨烯中，载流子速度的这种“切换”并不容易实现。事实上，石墨烯通常不具有绝缘状态，这限制了石墨烯作为晶体管的潜力。

哥廷根大学团队现在发现，以双层石墨烯的自然形式发现的两个石墨烯层结合了两个世界的优点：一种支持电子像光一样快速运动的结构，就好像它们没有质量，除了绝缘状态。研究人员表明，可以通过垂直于材料施加电场来改变这种情况，从而使双层石墨烯绝缘。

早在2009年，人们就已经从理论上预测了快速移动电子的这种特性，但由于我的材料由NIMS提供，并与MIT就理论进行了密切合作，样品质量显着提高，才有可能通过实验来识别这一特性。虽然这些实验是在低温(低于冰点约273°)下进行的，但它们显示了双层石墨烯制造高效晶体管的潜力。

“我们已经知道这个理论。然而，现在我们进行的实验实际上显示了双层石墨烯中电子的类光色散。这对整个团队来说是一个非常激动人心的时刻，”哥廷根教授托马斯·韦茨(ThomasWeitz)说大学物理学院。

哥廷根大学博士后研究员兼第一作者AnnaSeiler博士补充道：“我们的工作只是第一步，但却是至关重要的一步。研究人员的下一步将是看看双层石墨烯是否真的可以改善晶体管或研究这种效应在其他技术领域的潜力。”