使用角度改善电子产品的未来
纳米技术是一个术语，适用于从服装和汽车涂料到运动器材和电子产品的各个领域。归根结底，这都是指一个尺寸，纳米（nm），以及人类理解、控制和操纵发生在这个维度上的独特现象的能力。从角度来看，一张纸大约有 100,000 纳米厚。 （点击查看交互式 IBM 纳米技术时间表）
在 IBM 研究院，以及在一些项目中，在政府资助的支持下，科学家们正在探索纳米级，以提高电子设备的功率密度和能源效率，包括从手机到物联网传感器再到巨型云数据中心的所有设备。
图1 :这种纳米钥匙形器件可以像手在锁上一样旋转 0 到 360 度，可以作为开关来开启和关闭隧道场效应晶体管的电流。
IBM 苏黎世实验室的科学家 Elad Koren 正在领导这样一个项目。该项目由瑞士国家科学基金会 (SNSF) 的 Ambizione 计划资助，该项目的团队专注于了解包括当前流行的石墨烯在内的二维材料堆叠的基本物理原理。
虽然围绕石墨烯有很多炒作，但由于其卓越的电子特性，它被认为是未来半导体电子和量子器件最有前途的材料之一。它还表现出丰富的物理特性，这取决于它如何堆叠在另一个 2D 晶体的顶部，这就是它变得非常有趣和有点复杂的地方。
当两个堆叠层由相同材料（例如石墨烯）制成时，一组特殊的周期性 2D 超晶格将以特定角度出现。这种失配也会在双层石墨烯系统中引起带隙，这是为下一代电子设备构建晶体管型器件的第一步，这些器件更强大，更节能。
Koren 和他的同事在 2016 年 9 月的同行评审期刊Nature Nanotechnology 上发表了他们的初步结果 .在论文中，该团队展示了如何通过使用原子力显微镜的尖端来精确控制看起来像普通房门钥匙的东西（图 1）。
这种纳米尺寸的钥匙形器件可以像手放在锁上一样从 0 度到 360 度旋转，它可以用作开关来开启和关闭隧道场效应晶体管 (TFET) 的电流，这是研究中的重要一步减少电子设备的能量泄漏。
“我们在控制旋转配置方面取得了前所未有的精度，角分辨率优于 0.1 度。这使我们能够探索堆栈的基本性质并充分发挥其潜力，”Koren 说。
测量电流以 V =50 mV 的偏置电位流过扭曲的石墨纳米结构，同时连续旋转杠杆臂。插图：在相应扭转角 θ=21.8° 和 38.2° 下双层石墨烯耦合的动量-空间表示。
以高角度精度控制堆叠配置的能力可以控制和设计许多物理特性，并在电子、光学、热电和机电等科学技术的各个领域实现新材料。
该器件还可以在单晶单元内产生高磁通量，从而产生著名的霍夫施塔特蝴蝶，即在强磁场和周期电位下电子的理论行为。
摩擦定律无法摆脱纳米范围，即使在这种小尺度上，摩擦也会成为钥匙形设备的挑战，正如我们所知，摩擦会导致热量、磨损和耗散能量——这是这种规模的不幸特性。
令人难以置信的是，二维分层系统中的旋转失配强烈抑制了摩擦和能量耗散，这种效应被称为超润滑性。
“几乎没有摩擦。这只是基于找到正确的角度，”Koren 补充道。
Koren 希望通过与该领域的其他人分享他的研究，这将激发一些新颖的材料和设备设计。
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