現代技術用石墨烯可能做出高靈敏的傳感器
2014-09-02
科技日報訊 荷蘭代爾夫特理工大學的科學家發現用石墨烯薄片制成的“鼓面”，能夠在光的作用下發生振動，根據這一原理能夠檢測到非常微小的位置和力度的變化，未來有望據此用石墨烯制造出具備超高靈敏度的傳感器設備和量子計算機內存芯片。相關論文發表在近日出版的《自然·納米技術》雜志上。
石墨烯以其獨特的機械和電氣性能聞名于世，而最近荷蘭的科學家們發現，這種神奇材料還具有一種獨特功能。由于單層石墨烯只有一個原子厚，質量極低，因此研究人員設想能否用其制造出一面能夠感受到微小振動的“鼓”。這面鼓的鼓面由石墨烯制成，敲擊它的鼓槌則是以微波頻率發射的光。
領導這項研究的荷蘭代爾夫特理工大學的維伯·辛格博士和他的同事用石墨烯在一個光力學空腔中對這一設想進行了驗證。他們發現，在光力學空腔中，他們能夠通過觀察光干涉現象產生的圖案，檢測出物體位置及其微小的變化，精度能夠達到17飛米(原子直徑的一萬分之一)。
物理學家組織網近日報道稱，實驗中的光不僅有利于檢測到鼓的位置，同時也能夠向鼓面施加壓力。來自光的推力非常非常小，但足以推動質量極小的用石墨烯制成的鼓面，讓其發生位移。這意味著科學家們可以用光敲擊石墨烯制成的鼓。根據這一原理有望制造出具備超高靈敏度的傳感器設備。
此外，科學家也可以用它來制造內存，這些微波光子能夠將光轉化為機械振動，并將其存儲長達10毫秒的時間。雖然對人類而言10毫秒極其短暫，但對目前的計算機芯片而言這已經不少了。辛格稱，他們的一個遠期目標是通過這種二維晶體鼓來研究量子運動。
辛格說，如果敲擊一個普通的鼓，鼓面只會發生上下振動。而如果敲擊的對象是一個量子鼓，將不僅能夠通過敲擊讓鼓面發生振動，還能使其形成一種量子疊加狀態：鼓面將同時既在上面也在下面。這種奇怪的量子運動不僅具有科學相關性，還能夠在量子記憶芯片上獲得應用。在一臺量子計算機中，量子比特同時既可以是0也可以是1，因此其運算速度遠遠超過目前傳統的計算機。石墨烯制成的量子鼓就具備這種能力，它能夠在用與普通RAM芯片相同的方式來存儲數據的同時，接收和存儲量子計算機的量子計算結果。
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