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最近英国曼彻斯特大学石墨烯研究者,对石墨烯采用夹层结构,石墨烯夹于BN薄膜之间,利用安得森局域化(Anderson Localization)成功改变了石墨烯电阻.这一夹层结构还起到了改善石墨烯尺寸稳定性的作用,保持得到更大尺寸的完美石墨烯.为石墨烯的研究开拓了新的方向.这是解决石墨烯稳定和质量(实际按我们的研究这是一回事,具体见我的前面的博文)问题,诺奖团队的新方案,BN夹层中制备出更大面积完美光滑石墨烯,解决了稳定问题,但是这也导致石墨烯巨大比表面积和其他性能的改变或者消失,这一改进措施优劣还有待斟酌.
石墨烯夹层于BN间,此时材料不是二维,是三维复合,纵向BN是作为更厚的几纳米到十几纳米的异质材料夹入的,它可以起到衬底增强石墨烯稳定性的作用,Anderson Localization的作用使得夹于其间石墨烯电阻变大成近似绝缘体。但在此种情况下,随着尺寸变化缩小,电阻在不同位置和方向测量也会不同,比如如果是一个石墨烯线在BN间,在长的方向上电阻会很大,但是线宽变窄,此时其线宽的方向电阻却会减少,请注意此时电阻与尺度不是线性的符合电阻定律(在温度一定的情况下,有公式R=ρl/s 其中的ρ就是电阻率,l为材料的长度,单位为m, s为面积),而是非线性的降低,主要是电阻率在纳米尺度下不是线性变化的(具体我们发表的的边界量子隧道效应理论计算结果,可以表明这一点,电子的运动状态与宏观材料完全不同),这主要是边界量子隧道效应是与尺度相关的,任何人为制造的石墨烯新边界会产生新的量子隧道效应,改变其表面电子分布状态,而且相对两个边界尺寸越小,石墨烯表面电子沿这个方向迁移速度会加快,电阻会降低.所以我认为曼彻斯特大学此论文未反映出石墨烯应用问题的全部.虽然显示效应正确,他们的实验数据没有反应绝缘体电阻此时随着异质器件的大小和电极测试位置、形状和方向而不符合电阻定律的非线性改变的问题,因为电子器件的失效电流击穿是以电阻最小的位置发生的,类似木桶效应。所以论文本身数据并不完善.
这一看似使得石墨烯稳定完美尺寸无限增大的方法,更大问题在于,此时夹于BN之间的石墨烯性能有巨大改变,二维的石墨烯较高电子迁移速度性质彻底消失了,其巨大的比表面积, 形成了与其他固体物质吸附形成的界面,(石墨烯内部悬浮时本身的电子云分布是随着边界(褶皱也是边界)而变化的,其化学键也是不均衡梯度分布的,这在我们已发表的论文中已经讨论过此事,其量子动力学能级也不是处于能量最低态)但夹于BN之间这一在这点上,石墨烯实际存在与BN本身的新的界面量子隧道效应,与其他纳米材料一样,也受到量子力学机制的限制,此时的夹于BN间的石墨烯中的碳原子自由振动和电子所处能级要低很多,与其说是石墨烯夹于BN,还不如说石墨烯掺入BN,其性质被BN影响更多.
至于在BN上刻画凹槽形成石墨烯电路,是一个吸引人的方法.这也许是一个新的发展途径. 但是随着刻画的尺寸减少,石墨烯线变窄,石墨烯的电阻还是会受到边界的量子隧道效应影响而改变,原因我前面博文解释过了.这是有前景的技术,但不是完美的,也存在其他材料一样的不可避免的问题.
用哈密顿函数分析讨论石墨烯,本身理论无问题,关键在于此时应用条件不符合常温下实验的科学事实,更为重要的是,此时电子分布概率密度函数是与边界尺寸、构型和形状相关的(假设无限大,可以不考虑这些,但常温下的材料现象的现实却不容许这样简化处理),即使从数学角度看,The rise of graphene 讨论也不符合实验事实。
Geim先生公开回应了石墨烯稳定性问题,但是稳定性和他讲的质量问题其实产生原因是一样的.我前面讲了这是同一个问题.
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