目前，纳米电子学领域的一项紧迫任务是寻找一种可以替代硅的材料。几十年来，石墨烯被认为是最有希望的。但是，由于其具破坏性的工艺方法和缺乏新的电子范式使其很难被推广，它替代硅的潜力在这一过程中也变得步履蹒跚。随着硅不能再支持更快计算的需求，现在比以往任何时候都更需要下一个大的纳米电子平台。

佐治亚理工学院物理系的摄政教授WalterdeHeer在寻找硅的继任者方面迈出了关键一步。DeHeer和他的合作者开发了一种基于石墨烯的纳米电子平台——一片碳原子。该技术与常规微电子制造兼容，这是任何可行的硅替代品的必要条件。在他们的研究中，该团队可能还发现了一种新的准粒子。他们的发现可能让制造更小、更快、更高效、更可持续的计算机芯片成为可能，并对量子和高性能计算具有潜在的影响。

“石墨烯的特点在于其扁平的二维结构，它由已知最强的化学键连接在一起，”deHeer表示，“从一开始就很明显，石墨烯的小型化程度远远超过硅，从而可以实现制造更小的器件，同时以更高的速度运行，产生更少的热量。这意味着，原则上，与硅相比，单个石墨烯芯片上可以封装更多的器件。”

年，deHeer提出了一种基于外延石墨烯（epitaxialgraphene）或epigraphene的电子器件替代形式——一层石墨烯被发现在碳化硅晶体（一种用于制造高功率电子器件的半导体）的顶部自发形成。当时，研究人员发现，电流沿着epigraphene的边缘无阻力流动，该石墨烯器件可以在没有金属线的情况下无缝互连。这种组合产生一种依赖于石墨烯电子独特的类光性质的电子形式。

deHeer表示：“在低温下，在碳纳米管中观察到了量子干涉，我们预计在epigraphene带和网络中也会看到类似的效应。石墨烯的这一重要特性是硅材料不具备的。”

创建平台

为了创建新的纳米电子平台，研究人员在碳化硅晶体衬底上创建了一种改良后的epigraphene。他们与天津大学天津国际纳米颗粒和纳米系统中心的研究人员合作，从电子级碳化硅晶体中生产出了独特的碳化硅芯片。石墨烯本身是在佐治亚理工学院的deHeer实验室使用专利炉生长的。

研究人员使用电子束光刻技术（微电子技术中常用的一种方法）雕刻石墨烯纳米结构，并将其边缘焊接到碳化硅芯片上。这一工艺在机械上稳定并密封石墨烯的边缘，否则石墨烯会与氧气和其他气体发生反应，这些气体可能会干扰电荷沿边缘的运动。

最后，为了测量石墨烯平台的电子特性，该团队使用了一种低温设备，该设备可以让他们记录石墨烯平台从接近零度到室温的特性。

观察边缘状态

该团队在石墨烯边缘状态下观察到的电荷类似于光纤中的光子，可以在没有散射的情况下进行远距离传播。他们发现，电荷在散射之前沿着边缘传播了数万纳米。在之前技术中的石墨烯电子在碰撞出小缺陷并向不同方向散射之前只能传播大约10纳米。

佐治亚理工学院物理学教授、法国格勒诺布尔法国国家科学研究中心研究主任ClaireBerger表示：“边缘电荷的特殊之处在于，它们停留在边缘，并以相同的速度保持运动，即使边缘不是完全笔直的。”

在金属中，电流由带负电的电子携带。但与研究人员的预期相反，他们的测量表明，边缘电流不是由电子或空穴携带的（正准粒子的一个术语，表示没有电子）。相反，电流是由一种非常不寻常的准粒子携带的，这种准粒子没有电荷和能量，运动时也没有阻力。研究人员观察到混合准粒子的部分在石墨烯边缘的相对两侧移动，尽管是单个物体。

这些独特的性质表明，准粒子可能是物理学家几十年来一直希望开发出的一种准粒子——意大利理论物理学家EttoreMajorana在年预测的难以捉摸的马略拉纳费米子。

“在无缝互连的石墨烯网络中使用这种新的准粒子开发电子产品将是未来电子产品发展的变革者，”deHeer说道。

deHeer表示，我们可能还需要五到十年的时间才能制造出第一个基于石墨烯的电子产品。但得益于团队新的外延石墨烯平台，这将比以往任何时候都更接近于将石墨烯成为硅的继任者。