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現(xiàn)代技術(shù)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(xué)的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)用石墨烯薄片制成的“鼓面”，能夠在光的作用下發(fā)生振動，根據(jù)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(jù)此用石墨烯制造出具備超高靈敏度的傳感器設(shè)備和量子計算機(jī)內(nèi)存芯片。相關(guān)論文發(fā)表在近日出版的《自然·納米技術(shù)》雜志上。
石墨烯以其獨(dú)特的機(jī)械和電氣性能聞名于世，而最近荷蘭的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，這種神奇材料還具有一種獨(dú)特功能。由于單層石墨烯只有一個原子厚，質(zhì)量極低，因此研究人員設(shè)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(fā)射的光。
領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的維伯·辛格博士和他的同事用石墨烯在一個光力學(xué)空腔中對這一設(shè)想進(jìn)行了驗(yàn)證。他們發(fā)現(xiàn)，在光力學(xué)空腔中，他們能夠通過觀察光干涉現(xiàn)象產(chǎn)生的圖案，檢測出物體位置及其微小的變化，精度能夠達(dá)到17飛米(原子直徑的一萬分之一)。
物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報道稱，實(shí)驗(yàn)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(zhì)量極小的用石墨烯制成的鼓面，讓其發(fā)生位移。這意味著科學(xué)家們可以用光敲擊石墨烯制成的鼓。根據(jù)這一原理有望制造出具備超高靈敏度的傳感器設(shè)備。
此外，科學(xué)家也可以用它來制造內(nèi)存，這些微波光子能夠?qū)⒐廪D(zhuǎn)化為機(jī)械振動，并將其存儲長達(dá)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(jī)芯片而言這已經(jīng)不少了。辛格稱，他們的一個遠(yuǎn)期目標(biāo)是通過這種二維晶體鼓來研究量子運(yùn)動。
辛格說，如果敲擊一個普通的鼓，鼓面只會發(fā)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(fā)生振動，還能使其形成一種量子疊加狀態(tài)：鼓面將同時既在上面也在下面。這種奇怪的量子運(yùn)動不僅具有科學(xué)相關(guān)性，還能夠在量子記憶芯片上獲得應(yīng)用。在一臺量子計算機(jī)中，量子比特同時既可以是0也可以是1，因此其運(yùn)算速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過目前傳統(tǒng)的計算機(jī)。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(shù)據(jù)的同時，接收和存儲量子計算機(jī)的量子計算結(jié)果。
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