上海微系统所发表面向量子电子学的石墨烯纳米带展望文章
文章来源： | 发布时间：2021-09-30
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石墨烯纳米带（GNRs）是由石墨烯晶格剪切而成的一维（1D）材料。GNRs具有高迁移率和强载流能力、可调的带隙以及多样的电学性能。这些独特的性质使GNRs有望应用于纳米尺寸的场效应晶体管（FETs）、自旋电子器件和量子信息处理的未来电子学领域。为了充分利用GNRs的这些特性，对GNRs结构性质的精确理解、原子结构的精准控制以及规模化制备是主要挑战。在过去的几年中，面向原子精准的自下而上的GNRs和异质结合成已经取得了重要的进展，这些合成方法为功能分子器件的研究提供了理想平台。同时，绝缘衬底上成功制备的半导体性GNRs有益于大规模的数字电路设计，为未来原子层厚度的集成电路开发奠定了基础。随着进一步的发展，GNRs可以被视为未来量子信息科学（QIS）中具有竞争性的候选材料。
近日，中科院上海微系统所王浩敏、谢晓明团队联合南京大学王欣然教授、美国橡树岭国家实验室李安平教授于Nature Reviews Physics发表题为“Graphene nanoribbons for quantum electronics”的展望文章。文章首先从GNRs材料制备的角度系统介绍了其在催化衬底表面的精准制造和技术相关衬底表面的规模化合成，指出了当前面临的技术瓶颈并探讨了相关解决方案。此外，文章回顾了GNRs在逻辑器件和自旋器件方面取得的成果，并就关键指标与碳纳米管（CNT）、二硫化钼（MoS2）、硅纳米片（Si NS）以及硅基5nm节点工艺的FETs进行对比，GNRs具有众多优异的性能，在未来量子电子学应用领域极具潜力。最后，文章描绘了GNRs在三维（3D）集成和量子计算方面的应用前景，并提出基于GNRs的6种器件构想。
该论文的共同第一作者为上海微系统所王浩敏研究员、王慧山博士和中国科学技术大学马传许研究员，通讯作者为上海微系统所王浩敏、谢晓明研究员、南京大学王欣然教授和美国橡树岭国家实验室李安平教授。该工作得到国家重点研发计划、中科院先导B类计划、国家自然科学基金、上海市科委基金、中国博士后科学基金等相关研究计划的支持。
图1、石墨烯纳米带的分类和相应的电子结构
表1、石墨烯纳米带与其他代表性材料的基准电学性能对比
论文连接：https://www.nature.com/articles/s42254-021-00370-x
