石墨炔新碳結(jié)構(gòu) 有望顛覆硅芯片技術(shù)

在最新的一項(xiàng)研究中，研發(fā)出一種特殊的石墨炔轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)，這種轉(zhuǎn)化完全消除了石墨炔中所有的二配位乙炔碳，但保留了其層狀結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)化還改變了材料的能帶隙。這一發(fā)現(xiàn)可能為未來制造全碳電子芯片的技術(shù)鋪平道路，實(shí)現(xiàn)目前硅技術(shù)無法達(dá)到的性能。

石墨炔是一種獨(dú)特的碳晶體結(jié)構(gòu)，與鉆石和石墨截然不同。鉆石中每個(gè)碳原子有四個(gè)相鄰原子，石墨中則有三個(gè)，而石墨炔結(jié)合了二配位和三配位碳原子。

根據(jù)計(jì)算機(jī)模型顯示，石墨炔具有極為吸引人的電子、機(jī)械和光學(xué)特性。它被預(yù)測(cè)為一種半導(dǎo)體，具有適用于電子設(shè)備的能帶隙，超高的電荷載子遷移率遠(yuǎn)超硅，以及與石墨烯相當(dāng)?shù)臉O限強(qiáng)度。

石墨炔在碳電子學(xué)、能量采集與儲(chǔ)存、氣體分離和催化方面的應(yīng)用已被提出。盡管石墨炔在三十多年前就被理論預(yù)測(cè)，但其合成一直難以實(shí)現(xiàn)。

美國凱斯西儲(chǔ)大學(xué)（CWRU）的羅季奧諾夫團(tuán)隊(duì)在2022年開發(fā)出首個(gè)實(shí)用的石墨炔合成方法，其研究成果發(fā)表在《美國化學(xué)會(huì)雜志》上，有望開發(fā)出性能超越硅芯片的全碳電子芯片。

研究團(tuán)隊(duì)已成功展示這種碳相的合成，并描述了其他可能從石墨炔轉(zhuǎn)化而來的碳相，這些轉(zhuǎn)化過程無需斷裂石墨炔的鍵結(jié)。測(cè)量和理論皆顯示，反應(yīng)中的石墨炔由于反應(yīng)區(qū)域和非反應(yīng)區(qū)域之間的尺寸不匹配而產(chǎn)生片狀褶皺，導(dǎo)致片狀結(jié)構(gòu)變得不平坦。然而，當(dāng)反應(yīng)完成時(shí)，片狀結(jié)構(gòu)會(huì)重新恢復(fù)平坦。