突破GHz的限制--石墨烯電路

美國(guó)和意大利的研究人員制造出了第一個(gè)在吉赫茲(GHz)頻率下運(yùn)行的石墨烯數(shù)字集成電路。研究小組稱，這種環(huán)形振蕩器是實(shí)現(xiàn)全石墨烯微波電路道路上重要的一步。

石墨烯是二維平面結(jié)構(gòu)，其厚度僅為一層原子厚。同其他的二維材料如碳納米管，輝鉬礦等一樣，石墨烯在未來(lái)的電子產(chǎn)品中有著很大的潛力，因?yàn)樵瓌t上講二維材料可制成小于10納米厚的電子設(shè)備。而在10個(gè)納米長(zhǎng)的尺度下，傳統(tǒng)的由硅制成的設(shè)備會(huì)因?yàn)樘《荒苷＿\(yùn)作，因此石墨烯和其他相似的材料為制作更小的電 子設(shè)備提供了一種可能。

開(kāi)發(fā)由二維材料制成的設(shè)備所面臨的主要挑戰(zhàn)在于速度。現(xiàn)代的硅處理器如手機(jī)中的通訊芯片在微波（吉赫茲）頻率下運(yùn)行。故而，任何實(shí)用的二維設(shè)備至少也應(yīng)能在此頻率下運(yùn)行。但迄今為止，最快的二維設(shè)備-碳納米管環(huán)形振蕩器-僅能以50 MHz的低頻運(yùn)行。

現(xiàn)在，由Roman Sordan領(lǐng)導(dǎo)的來(lái)自米蘭理工大學(xué)(Politecnico di Milano)和伊利諾伊大學(xué)Eric Pop 學(xué)院(Eric Pop of the University of Illinois)的小組稱他們制作出了第一個(gè)集成石墨烯振蕩器，并可在1.28 GHz下運(yùn)行。和傳統(tǒng)的硅CMOS裝置及早期的二維材料裝置相比，這種振蕩器對(duì)電源電壓的波動(dòng)更加不敏感。

遠(yuǎn)不止這些。研究小組已經(jīng)由環(huán)形振蕩器構(gòu)建出了獨(dú)立的石墨烯頻率混合器，而早先的石墨烯混合器是非獨(dú)立的，因?yàn)樗鼈冃枰獠康恼袷幤鱽?lái)運(yùn)行。

Sordan表示，“我們相信我們的工作已經(jīng)極大地提升了在低維納米材料轉(zhuǎn)向?qū)嵱谩⒏咚贁?shù)字和模擬應(yīng)用方面的研究，并希望有力推進(jìn)未來(lái)在這方面的研究。”

該研究成果已發(fā)表在ACS Nano上。