电子设备运行速度再提高数千倍，石墨烯“折成”微芯片！

近日，英国塞萨斯大学(University of Sussex)的物理学家制成了一种迄今为止最小的微芯片，它可以由石墨烯和其他2D材料，使用一种“纳米折纸”的形式制成。这项研究结果已于近期被刊登在了知名科学期刊《ACS纳米》(ACS Nano)上。

“这是绝对关键的，因为电脑制造商现在已经到了用传统半导体技术所能做的极限。最终，这将使我们的电脑和电话在未来的速度提高数千倍。”

这是欧盟2D-EPL项目的一个里程碑。欧盟“石墨烯旗舰计划”是欧洲有史以来最大的多方合作研究计划，投资预算达10亿欧元。二维材料的特性可能有益于推动芯片微缩化。近年来，研究人员探索越来越多新型二维材料，包括石墨烯、MoS2等半导体、hBN等绝缘体。如果将几种不同的二维材料垂直堆叠，就形成了许多功能更加丰富的新型范德华异质结构。石墨烯(Graphene)是 一种由碳原子以sp²杂化轨道组成的，六角型、呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，具备良好的导电性、热传导性、高强度、高电子迁移率等特性。IBM一项研究表明，相比硅基芯片，石墨烯芯片在性能和功耗方面将有较大提升。比如，硅基芯片制程从7nm推进至5nm，芯片速度将有20%的提升;而7nm制程的石墨烯芯片相比7nm制程的硅基芯片，速度提升高达300%。

石墨烯是一种由碳原子组成的六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，2004年，英国曼彻斯特大学教授安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫成功从石墨中分离出石墨烯，并在2010年凭此获得诺贝尔物理学奖。石墨烯是迄今为止自然界最薄、强度最高的材料，可以被无限拉伸，弯曲到很大角度不断裂，不仅导电率高，而且十分稳定。此外，它的另一个神奇之处在于，“零渗透”，无论是气体，还是液体，都无法渗透进它，可以说是“针插不进、水泼不进”。石墨烯引用相当广泛，可以应用于电池等。2021年石墨烯电池又火了，1月16日，广汽集团股份有限公司党委书记、董事长曾庆洪宣布，广汽集团的石墨烯基快充电池具备6C快充能力，结合高功率超充设备，最快8分钟就能充电至80%。同时还在开发结合硅负极材料，能量密度可达280Wh/kg，续航里程达1000km的新型电池。

微芯片是由杰克·基尔比(Jack Kilby)在1958年9月12日发明的，这个装置揭开了人类二十世纪电子革命的序幕，同时宣告了数字时代的来临。微芯片是采用微电子技术制成的集成电路芯片，它已发展到进入千兆(芯片GSI)时代。微芯片(microchip，有时简称芯片)是一片包起来的计算机电路(一般叫集成电路)，它是用一种原料例如硅(silicon)在很小的体积上制成的。微芯片是用来进行程序逻辑(逻辑或微处理器芯片)和计算机存贮(存贮器或可存期存贮器)的。微芯片也用来既包括逻辑又包括存贮，还可能为了特殊目的，例如模拟数字转化(analog-to-digital conversion)、位片和网关。微芯片上的器件密度已达到人脑中神经元密度水平。这样水平的微芯片将促使计算机及通信产业更新换代，大大改变人们生产、生活的面貌。科学家们已在讨论把微芯片记忆线路植入人的大脑以治疗老年性痴呆症，或增加人的记忆能力的可能性。用微芯片制做的手提式超级计算机、电子笔记本、微型翻译机和便携式电话等已陆续出现。

值得一提的是，与常见的芯片制造技术相比，科研团队此次采用的技术更为环保和可持续。因为研究人员不需要向其中添加额外材料，同时加工过程在室温而非高温下进行，因此制作这种微芯片所需的能源更少。本项研究提出的新型转移方式，解决了二维材料在各类基底的集成电路上构建器件的一个挑战。但是，石墨烯等材料在集成电路产业中的应用仍有缺乏适合的能隙宽度、成本较高、未得到大规模验证等许多其他难题留待解决。