基于碳而不是硅的晶體管可以給計算機帶來更快的速度，并大幅降低功耗（想想一部手機可以保持數月的電量），但是從目前看來，構建有效的碳基電路所需的工具集仍然不完整。

　　加州大學伯克利分校的化學家和物理學家團隊終于在工具箱中創(chuàng)建了最后一個工具，即完全由碳制成的金屬線，這為進一步開展研究以建立碳基晶體管奠定了基礎。

　　加州大學伯克利分校化學教授Felix Fischer表示：“將這種技術整合在一起，是在碳纖維材料領域內，停留在相同的材料中，”他指出，用相同的材料制造所有電路元件的能力可以制造出來，且更輕松?！斑@是在全碳基集成電路架構的全局中缺少的關鍵事物之一?！盕elix Fischer強調

　　金屬線（例如用于連接計算機芯片中晶體管的金屬通道）將電子從一個設備運到另一個設備，并互連晶體管（計算機的構建模塊）中的半導體元件。

　　加州大學伯克利分校（UC Berkeley）小組已經致力于如何用石墨烯納米帶（graphene nanoribbons）制造半導體和絕緣體，石墨烯納米帶是一維窄的，只有一個原子厚的石墨烯帶，這種結構完全由碳原子組成，排列成相互連接的六角形，類似于雞肉線。

　　新的碳基金屬也是石墨烯納米帶，但設計時要注意全碳晶體管中半導體納米帶之間的導電電子。Fischer的同事，加州大學伯克利分校的物理學教授Michael Crommie說，金屬納米帶是通過將它們由較小的相同構造塊組裝而成的，采用自下而上的方法。每個結構單元均貢獻一個電子，該電子可沿納米帶自由流動。

　　盡管其他碳基材料（如擴展的2D石墨烯和碳納米管片）可以是金屬的，但它們也存在問題。例如，將2D石墨烯薄片重塑為納米級條，可自發(fā)地將其變成半導體，甚至絕緣體。碳納米管是極好的導體，不能以與納米帶相同的精度和可重復性大量制備。

　　Crommie說：“納米帶使我們能夠使用自底向上的方法化學訪問各種結構，而納米管尚無法做到這一點?！?“這使我們能夠將電子基本縫合在一起，以創(chuàng)建金屬納米帶，而以前沒有做過。這是石墨烯納米帶技術領域的重大挑戰(zhàn)之一，也是我們對此感到如此興奮的原因。”

　　金屬石墨烯納米帶（具有寬的，部分填充的金屬電子帶特征）具有可與2D石墨烯本身相媲美的電導率。

　　我們認為金屬線確實是一項突破；Fischer補充道，這是我們首次有意用碳基材料有意制造一種超窄金屬導體——一種良好的本征導體。

　　加州大學伯克利分校和勞倫斯伯克利國家實驗室（Berkeley Lab）的Crommie，Fischer及其同事將在9月25日的《科學》雜志上發(fā)表他們的發(fā)現  。

　　調整拓撲

　　根據摩爾定律，基于硅的集成電路已經為計算機賦能了數十年，其速度和性能都在不斷提高，但是它們已經達到了速度極限——即它們可以在零和一之間切換的速度。降低功耗也變得越來越困難。計算機已經消耗了世界能源生產的很大一部分。Fischer說，碳基計算機的切換速度可能比硅計算機快許多倍，并且僅消耗很小一部分功率。

　　石墨烯是純碳，是這些下一代碳基計算機的主要競爭者。窄帶的石墨烯主要是半導體，然而，挑戰(zhàn)在于使它們同時充當絕緣體和金屬（極端相反，分別完全不導電和完全導電）的絕緣體和金屬，以便完全由碳構成晶體管和處理器。

　　幾年前，Fischer和Crommmie與加州大學伯克利分校的物理學教授，理論材料科學家史蒂Steven Louie合作，發(fā)現了連接小長度納米帶的新方法，從而可靠地創(chuàng)建了整個導電性能域。

　　兩年前，該團隊證明，通過正確連接納米帶的短段，可以將每個段中的電子排列成一個新的拓撲狀態(tài)（一種特殊的量子波函數），從而產生可調諧的半導體特性。

　　在這項新工作中，他們使用類似的技術將納米帶的短段縫合在一起，以創(chuàng)建一條數十納米長，僅幾納米寬的導電金屬線。

　　納米帶是化學產生的，并使用掃描隧道顯微鏡在非常平坦的表面上成像。簡單的加熱就可以使分子發(fā)生化學反應，并以正確的方式結合在一起。菲舍爾將菊花鏈式積木的裝配與一組樂高玩具進行了比較，但樂高玩具的設計適合原子級。

　　“它們都是經過精確設計的，因此它們只能以一種方式裝配在一起。就像您拿著一袋樂高玩具，然后搖晃它，然后出來一輛完全組裝好的汽車，”他說?！斑@就是用化學方法控制自組裝的魔力?！?/p>

　　組裝完成后，新的納米帶的電子狀態(tài)就是一種金屬，正如Louie預測的那樣，每個部分都貢獻一個導電電子。

　　最終的突破可以歸因于納米帶結構的微小變化。

　　“使用化學，我們產生了微小的變化，即每100個原子中只有一個化學鍵發(fā)生了變化，但是這將納米帶的金屬性提高了20倍，從實用的角度來看，這很重要，使它成為一種很好的金屬，”克羅米說。

　　兩位研究人員正在與加州大學伯克利分校的電氣工程師合作，將他們的半導體，絕緣和金屬石墨烯納米帶的工具箱組裝到工作的晶體管中。

　　菲舍爾說：“我相信這項技術將在未來改變我們構建集成電路的方式”，“這應該使我們比目前可以預期的最佳性能大幅度提高。我們現在有了一條以更低的功耗獲得更快的開關速度的途徑。這就是未來推動碳基電子半導體產業(yè)發(fā)展的原因。”