陳根：石墨烯新發現，或可推動量子計算發展_風聞

文|陳根

石墨烯是一種電阻率極小的材料，電子能夠高效地在材料中遷移，遠遠高出電子在硅、銅等傳統半導體和導體中的速率，這使得石墨烯具有非常好的導電性。

自從石墨烯在2004年被發現以來，科學家們一直在尋找將這種2D材料投入使用的方法。因其原子般薄的結構，加上強大的電子和導熱性，在電子和存儲設備的開發中展現出較大潛力。

近日，布魯克海文國家實驗室、賓夕法尼亞等大學研究人員發現了電子在雙層石墨烯（碳的原子厚度形式）的兩種不同配置中的移動機制。未來，或可為開發出更強大和更安全的量子計算平台提供新思路。

通常情況下，計算機芯片是基於對電子如何在半導體，特別是硅中移動的瞭解。**但是，硅的物理特性正在達到一個極限，即可以製造多小的晶體管，以及一個芯片上可以容納多少個。**如果能夠理解電子如何在二維材料的縮小尺寸中以幾納米的小尺度移動，或許就能夠解開另一種利用電子進行量子信息科學的方法。

往往，當一種材料被設計成這些小尺度，達到幾納米大小時，其會將電子限制在一個尺寸與自身波長相同的空間，導致材料的整體電子和光學特性發生變化，這一過程被稱為量子限制。為此，研究人員使用石墨烯來研究電子和光子（或光的粒子）的這些禁錮效應。

研究人員使用一種獨特的梯度合金生長基質來生長具有三種不同領域結構的石墨烯：單層、貝納爾疊層和扭曲的雙層。然後，石墨烯材料被轉移到一種特殊基底上，使研究人員能夠探測該系統的電子和光學共振。

探測結果顯示：電子在2D界面上以相同的頻率來回移動。在配置中，兩層材料之間的距離明顯增加，影響了電子如何因為層間相互作用而移動。此外，將其中一個石墨烯層傾斜30度，也會將共振轉移到一個較低的能量上去，且電子可以增加在其中移動的層間間距。

未來，研究人員將利用傾斜的石墨烯製造新的設備，同時在這項研究結果的基礎上，觀察向層狀石墨烯結構添加不同的材料如何影響下游的電子和光學性能。