【仪表网 仪表上游】美国宾西法尼亚州州立大学材料研究学院研制出一种基于双层石墨烯的设备，该设备不仅提供了电子动量控制的实验证据，更重要的是由于比互补金属氧化物半导体（CMOS）晶体管需要少的能量，散发更小的热量，因此可能为电子学开创一个新的分支。它使物理学新领域valleytronics又迈出了新的一步，论文《双层石墨烯中的门控拓扑传导通道》发表在《自然纳米技术》杂志上。
研究人员称：“目前，硅基晶体管设备依靠电子的电荷来开启或关闭，但很多实验室正致力于通过名为自由度的其他变量控制电子”，他认为，“电荷是一种自由度。电子自旋是另一种自由度，根据自旋电子学的自旋来构建的晶体管的理论仍处于探索阶段。而第三个电子自由度则为电子流态，其基于电子动量中的电子能量。” 如果将电子假定为汽车，将并子流态假定为蓝色和红色（只是用于区分电子和电子流态的一种方式）。在双层石墨烯薄层中，电子通常会有红色和蓝色两种流态并向各个方向移动。研究人员一直在研究一种能够使红色汽车向一个方向移动，蓝色汽车向相反方向移动的设备。
新研制的系统可在双层石墨烯薄层的上下输入一对格栅。然后添加了一个与平面垂直的电场。通过在一侧施加正电压，在另一侧施加负电压，可在双层石墨烯中打开一个双层石墨烯通常不存在的能带隙。我们在双层石墨烯中间、两侧之间留出一个大约70纳米的物理间隙。在该物理间隙内存在一维金属状态或电线，相当于带有彩色编码的电子用高速公路。红色汽车向同一方向运动，蓝色汽车向反方向运动。理论上，彩色电子能够沿着电线平顺地移动很长距离，期间仅会承受很小的阻力。很小的阻力是指电子设备中会消耗较低电能并生成较少热量。而在当前的小型设备中，电能消耗和热量管理也是一种挑战。实验表明，能够创造出金属线，但是距离其实际应用还有很长的一段路要走。
研究人员认为，仅仅利用几个格栅就能够在绝缘双层石墨烯薄层内部创造出此种状态已经很值得关注了。虽然目前此类状态仍然面临电阻问题，但正在通过更多的实验解释这些电阻的可能来源。此外，研究人员还在尝试构建多个阀门来根据电子的颜色控制电子流动。这是valleytronics电子的一种新理念。”
(原标题：美国科学家利用石墨烯开发出电子流态控制设备，可能奠定未来电子学发展新方向）
