纳米尺度石墨烯晶体管可自制冷

据美国物理学家组织网4月3日报道，近日，美国伊利诺伊大学研究人员宣布，他们用原子力显微镜探针检测了与石墨烯（石墨单原子层）接触点的热电效应，首次发现石墨烯晶体管在纳米尺度具有自行制冷效应，能降低自身温度。该研究成果发表在4月3日网络版的《自然—纳米技术》杂志上。

计算机芯片的速度和尺寸大小受制于散热效果。电流通过设备材料由于碰撞而产生热，这种现象称为电阻热，这种热大大超过了给设备局部制冷的电效应，因此绝大部分电子设备都需要散热。使用硅芯片的计算机要用风扇或流水给晶体管制冷，这一过程消耗了大量的电能。

　 未来由石墨烯制造的计算机芯片，比硅芯片速度更快更省电。但由于石墨烯太薄，人们对它的发热散热机制一直不太了解。由伊利诺伊大学机械科学与工程教授威廉姆·金和该校微尺度与纳米技术实验室电学与计算机工程教授埃里克·波普共同领导的研究小组，用一种原子力显微镜探针（AFM tip）作为温度计，扫描了一个石墨烯—金属接头，首次测量了石墨烯晶体管在工作过程中的温度。他们发现，在石墨烯晶体管和金属接触点，热电制冷效应比电阻发热效应更强，晶体管的温度更低。

　  在硅和大部分材料中，电热效应比它们的制冷效应要强得多。但在石墨烯晶体管中，存在一个制冷效果比电阻热更强的区域，让它们能自行冷却。以前从未发现过石墨烯设备有这种自行制冷效应。而这种自行制冷效应意味着，石墨烯电子设备不需要制冷，或只要很少的制冷，将带来更高的能效，进一步加大了石墨烯作为硅替代品的吸引力。

　 波谱分析表示，石墨烯电子设备还处在初级阶段，这一新发现将使它在热电方面的应用得到加强。科学家打算用AFM温度探针来研究碳纳米管及其他材料的冷热效应。