计算机或将迎来新的改革

金属线碳完整的工具箱为碳基计算机。

基于碳而非硅的晶体管有可能提高计算机的速度，并将耗电量降低1000倍以上——想想手机就能充电好几个月——但建立工作碳电路所需的一整套工具直到现在还没有完成。

加州大学伯克利分校(University of California, Berkeley)的一组化学家和物理学家终于制造出了工具箱里的最后一个工具——完全由碳构成的金属线，这为加速制造基于碳的晶体管和最终制造计算机的研究奠定了基础。

加州大学伯克利分校(UC Berkeley)的化学教授费利克斯·菲舍尔(Felix Fischer)说:“保持在相同的材料内，在碳基材料的范围内，是现在将这种技术结合在一起的原因。”他指出，用相同的材料制造所有电路元件的能力使制造更加容易。“这是全碳基集成电路架构所缺失的关键元素之一。”

金属线——就像计算机芯片中用来连接晶体管的金属通道一样——将电能从一个设备传输到另一个设备，并将晶体管中的半导体元件(计算机的基本构件)互连起来。

加州大学伯克利分校的研究小组多年来一直在研究如何用石墨烯纳米带制造半导体和绝缘体。石墨烯纳米带是一种原子厚度的窄一维条状石墨烯，这种结构完全由碳原子组成，排列成类似铁丝网的六角形结构。

这种新的碳基金属也是石墨烯纳米带，但其设计着眼于在全碳晶体管的半导体纳米带之间传导电子。费希尔的同事，加州大学伯克利分校的物理学教授迈克尔·克伦密说，金属纳米带是用同样的小块材料组装而成的:这是一种自下而上的方法。每一个构件都贡献了一个电子，这个电子可以在纳米带上自由流动。

虽然其他碳基材料——比如扩展的2D石墨烯和碳纳米管——可以是金属材料，但它们也有自己的问题。例如，将二维石墨烯薄片重塑成纳米尺度的条带，就会自发地将它们变成半导体，甚至绝缘体。碳纳米管是一种优良的导体，但它不能像纳米带那样在大量生产时具有同样的精度和可重复性。

克伦米说:“纳米带允许我们使用自下而上的制造方法从化学上获得广泛的结构，这在纳米管上是不可能的。”“这使得我们能够将电子缝合在一起，创造出金属纳米带，这是以前没有做过的事情。”这是石墨烯纳米带技术领域的重大挑战之一，也是我们对此如此兴奋的原因。”

金属石墨烯纳米带具有金属宽且部分填充电子带的特性，其电导应该可以与2D石墨烯媲美。

“我们认为金属电线确实是一个突破;这是我们第一次有意地用碳基材料制造出超窄的金属导体——一种良好的固有导体，而不需要外部掺杂。”Fischer补充道。

克伦米、费舍尔和他们在加州大学伯克利分校和劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)的同事们将在2020年9月25日的《科学》杂志上发表他们的发现。