【儀表網 儀表上游】美國賓西法尼亞州州立大學材料研究學院研制出一種基于雙層石墨烯的設備，該設備不僅提供了電子動量控制的實驗證據，更重要的是由于比互補金屬氧化物半導體（CMOS）晶體管需要少的能量，散發更小的熱量，因此可能為電子學開創一個新的分支。它使物理學新領域valleytronics又邁出了新的一步，論文《雙層石墨烯中的門控拓撲傳導通道》發表在《自然納米技術》雜志上。
研究人員稱：“目前，硅基晶體管設備依靠電子的電荷來開啟或關閉，但很多實驗室正致力于通過名為自由度的其他變量控制電子”，他認為，“電荷是一種自由度。電子自旋是另一種自由度，根據自旋電子學的自旋來構建的晶體管的理論仍處于探索階段。而第三個電子自由度則為電子流態，其基于電子動量中的電子能量。” 如果將電子假定為汽車，將并子流態假定為藍色和紅色（只是用于區分電子和電子流態的一種方式）。在雙層石墨烯薄層中，電子通常會有紅色和藍色兩種流態并向各個方向移動。研究人員一直在研究一種能夠使紅色汽車向一個方向移動，藍色汽車向相反方向移動的設備。
新研制的系統可在雙層石墨烯薄層的上下輸入一對格柵。然后添加了一個與平面垂直的電場。通過在一側施加正電壓，在另一側施加負電壓，可在雙層石墨烯中打開一個雙層石墨烯通常不存在的能帶隙。我們在雙層石墨烯中間、兩側之間留出一個大約70納米的物理間隙。在該物理間隙內存在一維金屬狀態或電線，相當于帶有彩色編碼的電子用高速公路。紅色汽車向同一方向運動，藍色汽車向反方向運動。理論上，彩色電子能夠沿著電線平順地移動很長距離，期間僅會承受很小的阻力。很小的阻力是指電子設備中會消耗較低電能并生成較少熱量。而在當前的小型設備中，電能消耗和熱量管理也是一種挑戰。實驗表明，能夠創造出金屬線，但是距離其實際應用還有很長的一段路要走。
研究人員認為，僅僅利用幾個格柵就能夠在絕緣雙層石墨烯薄層內部創造出此種狀態已經很值得關注了。雖然目前此類狀態仍然面臨電阻問題，但正在通過更多的實驗解釋這些電阻的可能來源。此外，研究人員還在嘗試構建多個閥門來根據電子的顏色控制電子流動。這是valleytronics電子的一種新理念。”
(原標題：美國科學家利用石墨烯開發出電子流態控制設備，可能奠定未來電子學發展新方向）
