打破石墨烯壁垒

玛雅克·施里瓦斯塔瓦 & 班加罗尔团队印度科学研究所

想象一下，在短短几分钟内，大量数据从火星传输到地球，或者甚至在眨眼之前就下载了高清电影。我在印度科学研究所班加罗尔的团队在基于石墨烯的晶体管技术上取得了重大突破，最终可以拥有这样的通信能力。

石墨烯是一种具有许多特殊性能的神奇材料。科学家们已经知道了好几年，但直到2004年才第一次被隔离，这一壮举使发现者在六年后获得了诺贝尔奖。从化学上讲，它只是碳，就像石墨一样，只是一层堆叠在一起的石墨烯层，但其独特性来自其结构。它是已知最薄最轻的材料，只有一个原子厚。本质上，它只是一种二维材料。

我们对石墨烯以比我们目前拥有的材料高几个缺口的速度控制电子流的能力特别感兴趣。石墨烯中的电子行为不同于任何其他材料; 因此，它有可能彻底改变电子学。例如，石墨烯晶体管可以潜在地实现在太赫兹频率范围内的通信，其速度比当今通信中使用的频率快1,000倍。用外行的话来说，人们可以想到无线通信可能比4g或5g技术快1,000倍。它还可以启用灵活、透明的电子设备。

但是，使石墨烯具有特殊特性的结构也成为其利用的巨大障碍。从本质上讲，这个问题是其固有的。我们使用的所有东西都是三维的，而石墨烯是二维的。可能不是很明显，但是存在兼容性问题。这些不同的材料无法相互 “交流”。

当石墨烯与任何其他材料接触时，问题就来了。一旦它与金属接触，它就会被电子污染，电子的行为通常是这样的。污染通常会抵消石墨烯固有的电子的特殊特性。由于这个原因，在电子产品中使用石墨烯的尝试到目前为止还没有产生任何显著的改进。例如，尚未实现太赫兹频率。

一段时间以来，我们一直在致力于这一基本关切。我们的努力是在不污染接触化学的情况下改善接触化学。在这样做的同时，我们必须深入了解这种接触的量子物理和量子化学。经过两年的工作，我们现在已经能够打破多年没有解决的障碍。该发现和随后的发明打破了多项性能记录; 它在国际电子器件会议上提出，这是世界上电子器件领域最具竞争力的平台。

通过这一突破，我们预见了太赫兹石墨烯技术在不久的将来的商业化，这是2022年之前的早期预测。对于卫星之间，航天器之间以及行星际操作中的通信，也非常需要这种通信能力。例如，我们在几个月内从火星收到的数据，我们可以在几个小时内通过THz链接获得相同的数据。

除此之外，它还可以用于国土安全。THz辐射可以非侵入性地检测某人是否在衣服下携带金属物体 (如武器或塑料炸药)，而不会穿透皮肤。这可以远程完成，而无需通知该人她/他正在被扫描。因此，这是一项对印度非常重要的技术。