Pssst…纳米级“耳语画廊”抑制了恼人的石墨烯隧穿习惯

石墨烯已经牢固地确立了自己作为下一个千年的纳米材料的地位，但是其挑剔，挑剔的行为已经给寻求将其强大的电子特性用于下一代太阳能技术和其他设备的研究人员提出了挑战。问题的一部分是难以制造仅一个原子厚的材料的纯净，无缺陷的样品，这就是石墨烯，即排列在独特的鸡丝晶格中的一片碳原子。

但是，由于现在更容易研究纯石墨烯，因此这一局面已经到来。由美国商务部国家标准与技术研究院NIST领导的研究小组向我们揭露了最新的石墨烯之谜。它的灵感来自“耳语画廊”效应，所以让我们先快速了解一下耳语画廊现象，然后看看是什么。

窃窃私语的画廊和太阳能电池

窃窃私语的画廊是指带有弯曲墙壁的房间，可产生奇怪的声学效果。如果您站在正确的位置，则可以清晰，清晰地听到有人从整个房间一直在窃窃私语，但是您几乎听不到有人在几英尺远的地方窃窃私语。

之所以会发生这种情况，是因为声音沿着弯曲表面传播的距离比沿着平坦表面传播的距离要远得多。美国国会大厦的雕像大厅就是这样的例子，世界上还有很多其他例子。

雕像大厅可能是美国最著名的耳语画廊之一。

早在2012年，CleanTechnica就注意到了这一点，当时斯坦福大学的一个工程师团队追求纳米级的回音壁，以提高太阳能电池的效率。

受到耳语回廊效应的启发，研究团队制造了纳米晶硅纳米级薄壳，形成了“光学耳语画廊”，将光线捕获并强迫其“绕圈绕”而不是直接穿过。

在下面的计算机模拟中，光波（红橙色）从顶部传播到底部，并撞击一层纳米壳。红色图案显示了光在纳米壳中的共振方式。

随着光继续循环，硅吸收更多的能量，从而提高了电池的太阳能转换效率。以下是该研究的共同作者之一，对此过程充满热情：

纳米球形壳确实达到了最佳效果，并使薄膜的吸收效率最大化。外壳都允许光线轻松进入薄膜，并捕获光线，从而以较大的对应物无法吸收的方式增强吸收。

石墨烯和低语画廊

需要明确的是，NIST团队似乎并没有看到太阳能电池的效率，至少目前还没有。他们的新“耳语画廊”石墨烯研究解决了在光谱波和通信等已经开始出现光波耳语画廊的其他领域中的潜在应用。但是，鉴于石墨烯增强型太阳能电池的出现，您可能还会看到这种基础性的研发在光伏领域中兴起。

NIST研究解决的问题是，石墨烯中的电子在遇到障碍物时会倾向于忽略或直接穿过障碍物。通常，在半导体材料中，电子从势垒反射。

隧道效应意味着石墨烯中的电子比其他半导体材料中的电子更难操纵。这对实现石墨烯的全部潜力构成了严重的障碍，从而可以设计出更高效的电子设备。

该研究背后的想法是创建石墨烯中波效应的纳米级电子类似物，以使电子沿着势垒的弯曲壁反弹，而不是通过隧道。根据NIST小组的一位成员所说，结果是“不同于您在其他任何基于电子的系统中看到的任何东西。

他们的做法如下：

…团队首先通过安装在石墨烯下方的导电板中的电子富集了石墨烯。随着石墨烯现在正在电子脆裂，研究团队利用扫描隧道显微镜（STM）的电压将其中一些从纳米级区域中推出。这就产生了回音壁，就像电子镜子的圆形墙一样。

但是，等等，还有：

小组可以通过更改STM笔尖的电压来控制电子回音壁的大小和强度（即泄漏）。该探针不仅可以创建低语画廊模式，还可以检测到它们。

完整的研究可在《科学》杂志上获得，标题为“在石墨烯中创建和探测电子耳语画廊模式”。

对于旅途中的那些人，本文的顶部图像显示了扫描隧道显微镜（右）的电压，该电压将石墨烯电子推出。那些低语显示在耳边的那些有趣的事物中。对于石墨烯电子而言，它们看起来都像是一面小屋镜子的墙。

如果您在家中保持得分，那么NIST的团队将制造石墨烯设备，麻省理工学院的物理学家提供了适用于石墨烯的耳语画廊理论。

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图片积分：顶部，CNST / NIST的Jon Wyrick讲的石墨烯“耳语画廊”；中间，雕像大厅由国会大厦建筑师提供；底部，由杰尧（Jay Yao）制成的纳米晶硅纳米壳。