2dmaterials期刊

导读

背景

光子学（photonics）是研究作为信息和能量载体的光子的行为及其应用的学科。光子学及其发展的相关技术即光子技术，具有丰富的内涵和广阔的应用前景。如果你使用智能手机、笔记本电脑、平板电脑，那么就有望从光子学的研究中获益。

创新

近日，美国特拉华大学电气与计算机工程系助理教授 Tingyi Gu 领导的一支团队正在开发光子器件方面的前沿技术，该技术可以使得器件之间以及使用者之间的通信速度更快。

最近，该研究小组设计出一种“硅-石墨烯”器件，它能以亚太赫兹的带宽，在一皮秒之内发射无线电波。这样不仅可携带更多信息，而且速度也更快。他们的研究近期发表在《美国化学会应用电子材料（ACS Applied Electronic Materials）》期刊上。

论文第一作者、研究生 Dun Mao 表示：“在这项研究中，我们仔细研究了用于未来光电子应用的集成石墨烯的硅光子器件的带宽限制。”

技术

硅是大自然产生的一种非常富足的材料，通常作为电子器件中的半导体使用。然而，研究人员们已经耗尽了仅由硅制成的半导体器件的潜能。这些设备受制于硅的载流子迁移率（电荷通过材料的速度）以及间接带隙（限制了释放和吸收光线的能力）。

现在，Gu 的团队将硅与一种具有更多有益特性的材料（二维材料石墨烯）相结合。二维材料以只有一层原子而得名。与硅相比，石墨烯具有更好的载流子迁移率以及直接带隙，使得电子传输得更快，并且电气和光学特性更好。通过将硅与石墨烯相结合，科学家们将可以继续利用已经在硅器件中使用的技术，硅与石墨烯的结合使运行速度变得更快。博士生 Thomas Kananen 表示：“通过研究材料的特性，我们能否比现在做更多的事情？这就是我们想要搞清楚的。”

为了将硅与石墨烯相结合，团队采用了一种他们正在开发的方法。一篇发表在《npj 2D Materials and Application》期刊上的论文描述了这种方法。团队将石墨烯放置到一个特殊的地方，即所谓的“p-i-n结”。它是材料之间的一种接口。通过将石墨烯放置在“p-i-n 结”上，团队以一种可以提升响应率和器件速度的方法优化了这个结构。

这个方法很健壮，而且便于其他研究人员采用。这一工艺产生在12英寸的超薄材料晶圆上，并利用了小于一毫米的元件。某些元件是在商业制造厂生产。其他的工作在特拉华大学的纳米制造设施进行，材料科学与工程系副教授 Matt Doty 是该设施的主任。

Doty 表示：“特拉华大学纳米制造设施（UNDF）是一个员工支持的工厂，它使用户可在7纳米的长度级别制造设备，约为人类发丝直径的万分之一。UNDF成立于2016年，为从光电子学到生物医学再到植物科学的一系列领域带来了新的研究方向。”

价值

硅与石墨烯结合之后，可作为光电探测器使用，可以感知光线，并制造电流，并且比现有方案的带宽更大和响应时间更少。所有这些研究意味着未来将带来更便宜、更快速的无线设备。博士后研究员、发表在《npj 2D Materials and Application》期刊上的论文第一作者 Tiantian Li 表示：“它可以使得网络更强、更好、更便宜。这是光子学的关键点。”

现在，团队正在思考拓展这种材料的应用途径。Gu 表示：“我们正在寻找更多的基于类似结构的元件。”

关键字

参考资料

【1】

【2】Dun Mao, Thomas Kananen, Tiantian Li, Anishkumar Soman, Jeffrey Sinsky, Nicholas Petrone, James Hone, Po Dong, Tingyi Gu. Bandwidth Limitation of Directly Contacted Graphene–Silicon Optoelectronics. ACS Applied Electronic Materials, 2019; 1 (2): 172 DOI:

数据线的数量（应是网线），4D是4根，2D是2根。TO为网络插座。

关于材料期刊排名有以下几个回答：

1、cta materialia 材料学报 751C0006 英国

2 、Synthetic metals 合成金属 751LD053 瑞士

3、 Scripta materialia 材料学刊 751C0009 英国

4、 Applied surface science 应用表面科学 539LB051 荷兰

5 、Metallurgical and materials transactions．A，Physical metallurgy and materials science 冶金学与材料汇刊．A辑，物理冶金学与材料科学 751B0002-1 美国

6、 Journal of alloys and compounds 合金与化合物杂志 764LD001 瑞士

7、 International materials reviews 国际材料评论 751C0011 英国

8、 Intermetallics 金属间化合物 751C0069 英国

9、 Materials transactions 日本金属学会材料汇刊 751D0055 日本

10、 JOM 矿物、金属与材料学会会刊 764B0001 美国

11、 Metallurgical and materials transactions．B，Process metallurgy and materials processing science 冶金学与材料汇刊．B辑，生产冶金学与材料处理科学 751B0002-2 美国12、 Zeitschrift fÜr Metallkunde 金属学杂志 751E0003 德国

13、 ISIJ international 日本钢铁学会杂志国际版 752D0054 日本

14、 日本金属学会志日本金属学会志 751D0053 日本

15、 International journal of refractory metals and hard materials 国际高熔点金属与硬质材料杂志 751C0019 英国

16、 Materials characterization 材料特性 751B0010 美国

17、 Hydrometallurgy 湿法冶金学 75lLB001 荷兰

18 、铁と钢 铁和钢 752D0001 日本

19、 Journal of phase equilibria and diffusion 相平衡与扩散杂志 751B0012 美国

20、 International Journal of powder metallurgy 国际粉末冶金杂志 751B0007 美国

21、 Ironmaking ＆steelmaking 钢铁冶炼 752C0003 英国

22、 Powder metallurgy 粉末冶金学