中国发现超级材料是什么物质 石墨烯介绍及相关应用前景一览

平面大冒险

仅几个原子厚度的材料，就能有非常不同的基本特性。“即便块体材料乏善可陈，但如果你能将它变为二维形式，它会打开新的大门。”中国复旦大学实验凝聚态物理学家张远波说。

碳就是一个典型的案例。2004年，物理学家Andre Geim和KonstantinNovoselov首次报告称，他们在英国曼彻斯特大学的实验室分离出了石墨烯。他们的技术非常简单。基本步骤是，在石墨薄片上按压一条胶带，然后将胶带撕下，胶带上就残留有一些原子厚度的薄层。通过重复该过程，他们最终得到了单原子层，于是Geim和Novoselov得以开始研究石墨烯的特性。该研究获得2010年诺贝尔物理学奖。

物理学家很快开发出该物质的许多应用特性，从制作可弯曲屏幕到能源储存。但不幸的是，石墨烯并不适用于数字电子学领域。而对于这一领域而言，理想材料是半导体。

不过，Geim和Novoselov在制作石墨烯方面获得的成功激励了其他研究人员。Kis等人开始探索可替代的二维材料。于是，他们瞄准了TMDC。到2010年，Kis团队利用TMDC二硫化钼制出了首个单层晶体管，并预测有一天这些设备能提供柔性电子。2010年的诸多研究显示，二硫化钼能有效吸收和发射光，使其有望用于太阳能电池和光电探测器。

法国图卢兹物理和化学纳米实验室物理学家BernhardUrbaszek表示，单层TMDC能捕获超过10%的摄入光子，这对于3个原子厚度的材料而言是一个不可思议的数字。这也帮助他们解决了另一个问题：将光转化为电。当光子撞到这个三层晶体管上时，能推动电子穿越能隙，并允许其穿过一个外部电路。每个自由电子会在该晶体中留下一个真空区，这里是电子本来的位置——一个带正电荷的洞。加上电压后，这些洞和电子会向不同的方向循环，从而产生一个电流净流。

该过程还能被逆转，即将电转化为光。如果电子和真空洞被从一个外部环路注入TMDC，当它们相遇时就会再次组合然后释放光子。这种光电相互转化的能力使得TMDC有望被用于利用光传输信息、用作微小的低功率光源，甚至激光。

不过，二硫化钼的电子迁移速率仍然不够高，很难在拥挤的电子市场中具有竞争优势。其原因是这种材料的结构特征，电子在其内部移动时，碰到较大的金属原子后会在其结构内发生弹离，从而降低迁移速度。

今年，4个不同的研究小组均发现，TMDC二硒化钨能吸收和释放单个光子。Urbaszek提到，而量子密码和通讯领域正是需要这样的发射器，当你“按下按钮，就能得到一个光子”。现有的单光子发射器通常由块状半导体制成，而二维材料将更小且更容易与其他设备集成。

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