丹麥研究人員最近剛解決了以石墨烯為基礎製造有效納米電子器件的最大挑戰之一：在不破壞石墨烯電氣性能的情況下，在上面“雕刻”納米級小孔。這樣可以讓石墨烯獲得比以前這類結構所達到的數量級更高的電流。這一成果表明，未來電子學所需的量子傳輸特性在縮小到10納米尺寸的情況下繼續存在。
15年來，科學家們一直試圖利用石墨烯這種“神奇的材料”來製造納米級電子產品。理論上，石墨烯的偉大之處在於：它超級薄——只有一個原子那麼厚。因此石墨烯是二維結構，非常適合導電，應該是製造未來更快、更節能的電子產品的理想材料。此外，石墨烯由碳原子組成，而碳原子可謂是取之不盡。
理論上，可以通過在石墨烯內部繪製微小圖案來改變其量子性質，從而使其在電子學、光子學或傳感器領域完成許多不同的任務。有一項很“簡單”的任務，但是執行起來卻出人意料地困難，那就是誘導產生對晶體管和光電器件的製造至關重要的能帶隙。然而，由於石墨烯只有一個原子那麼厚，因此構成石墨烯的所有原子都很重要，即使繪製圖案時出現很微小的不整齊，也會破壞石墨烯的性質。
丹麥技術大學(DTU)物理學教授彼得(Peter Bøggild)說道：“石墨烯太不可思議了，我覺得它將在製造新型納米電子產品中發揮關鍵作用。但問題在於，電氣性能設計起來相當困難。”
位於丹麥技術大學和奧爾堡大學(Aalborg University)的納米結構石墨烯中心(Center for Nanostructured Graphene)成立於2012年，該中心專門研究如何設計石墨烯的性質，比如將石墨烯製備出非常精細的孔型結構，這將微妙改變石墨烯中電子的量子性質，從而使石墨烯的性質得以調整。然而，丹麥技術大學和奧爾堡的研究團隊也沒能免俗，同世界各地的其他研究人員一樣，他們經歷了失敗。
彼得說：“當你在石墨烯這樣的材料上繪製圖案時，是為了以一種可控的方式改變其性質以配合你的設計意圖。”然而，這些年的情況是，我們可以製備出這些孔，但同時也會引入大量無序和汙染，使石墨烯不再具有石墨烯特有的性質。就比如製造水管時，由於工藝粗糙，所以水管的流速很低。雖然從外表上看，水管可能看起來不錯。但是對於電子產品來說，這樣顯然會帶來災難性後果。”
不過現在，該科學家小組已經解決了這個問題。比亞克·耶森(Bjarke Jessen)和琳恩(Lene Gammelgaard)是丹麥技術大學物理系的博士後，他們首先將石墨烯封裝在另一種非導電二維材料六方氮化硼(hexagonal boron nitride)中。通常用六方氮化硼來保護石墨烯的性能。
接下來，他們使用電子束刻蝕這一技術，在氮化硼和石墨烯的保護層下面小心製備出一排緻密的超小孔。這些孔的直徑約為20納米，兩孔間隔僅12納米。即使這樣，孔邊緣的粗糙度也小於1納米，也就是十億分之一米。在這樣小的石墨烯結構中，現在電流流量比之前報道過的大1000倍，也就是說其導電能力提高了1000倍。
彼得說道：“我們已經證明，我們可以控制石墨烯的能帶結構，並設計出它的作用方式。”當我們控制能帶結構時，我們就能獲得石墨烯的所有性質——令我們驚訝的是，我們發現一些最細微的量子電子效應在密集的小孔圖案下依然存在——這非常鼓舞人心。這項工作表明，我們可以坐在電腦前設計組件和設備或者創造全新的產品，然後去實驗室在實踐中檢驗它們。”
他繼續道：“納米結構是開發利用石墨烯電子學和光子學最令人興奮的特性的關鍵工具，但是許多科學家早就放棄了這種規模的石墨烯納米刻蝕技術，這令人倍感遺憾。現在我們已經知道怎麼做了，可以說“詛咒”已經解除了。前路漫漫，未來還有很多挑戰。但是現在我們可以改造石墨烯的特性，這說明我們在創造尺寸極小的新電子產品的征途上邁出了一大步。”
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