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石墨烯 2018：钻石上的石墨烯

詹姆士·宋

石墨烯是拉伸后的金刚石平面石墨烯，经真空特殊热处理，在不破坏碳键的情况下在金刚石表面形成马氏体合金。在这种情况下，金刚石上石墨烯（GOD）异质外延与同质外延相似，因此信号传输是连续的。GOD 是一种理想的计算设备，因为石墨烯包含最有效的传输晶格，能够通过 100 马赫速度的声子（晶格振动）进行太赫兹通信。另一方面，金刚石由于其最高的德拜温度而被认为是最稳定的量子计算固体。在量子计算过程中，Q位必须在没有原子振动的情况下纠缠，而金刚石的超硬晶格即使在室温下也能够保持这种稳定性几毫秒。金刚石的晶格中含有约1%的C13同位素原子。这些原子可以被离子注入并热处理以聚集成Q位。原子核中额外中子的自旋叠加将是量子计算的最佳机制。大约 50 个 Q 位在毫秒内纠缠在一起，而这些 Q 位是静止的，巨大的计算可能性可以解决比所有人类晶体管加起来更困难的问题。通过GOD，可以用金刚石立方面（100）上的石墨烯启动量子计算；塌缩量子波可以从八面体面(111)出射。因此，GOD 将成为梦想中的人工智能芯片，其性能甚至优于当前所有互连计算机的最智能组合。原子核中额外中子的自旋叠加将是量子计算的最佳机制。大约 50 个 Q 位在毫秒内纠缠在一起，而这些 Q 位是静止的，巨大的计算可能性可以解决比所有人类晶体管加起来更困难的问题。通过GOD，可以用金刚石立方面（100）上的石墨烯启动量子计算；塌缩量子波可以从八面体面(111)出射。因此，GOD 将成为梦想中的人工智能芯片，其性能甚至优于当前所有互连计算机的最智能组合。原子核中额外中子的自旋叠加将是量子计算的最佳机制。大约 50 个 Q 位在毫秒内纠缠在一起，而这些 Q 位是静止的，巨大的计算可能性可以解决比所有人类晶体管加起来更困难的问题。通过GOD，可以用金刚石立方面（100）上的石墨烯启动量子计算；塌缩量子波可以从八面体面(111)出射。因此，GOD 将成为梦想中的人工智能芯片，其性能甚至优于当前所有互连计算机的最智能组合。巨大的计算可能性可以解决比所有人类晶体管加起来更困难的问题。通过GOD，可以用金刚石立方面（100）上的石墨烯启动量子计算；塌缩量子波可以从八面体面(111)出射。因此，GOD 将成为梦想中的人工智能芯片，其性能甚至优于当前所有互连计算机的最智能组合。巨大的计算可能性可以解决比所有人类晶体管加起来更困难的问题。通过GOD，可以用金刚石立方面（100）上的石墨烯启动量子计算；塌缩量子波可以从八面体面(111)出射。因此，GOD 将成为梦想中的人工智能芯片，其性能甚至优于当前所有互连计算机的最智能组合。

基于使用铜催化剂的高温退火技术，在金刚石上形成了高质量的石墨烯层。在铜/金刚石异质结构在 950 °C 退火 90 分钟形成的层的拉曼光谱中观察到单层石墨烯的共同特征。通过二维峰的拉曼映射，这些石墨烯层在金刚石上的覆盖率过去估计约为 85%。各层的板间隙浓度和迁移率值估计分别为约 1013 cm−2 和约 670 cm2/Vs。这些值与过去在 SiC 上观察到的高质量石墨烯层的值类似。

提出了可以实现的过程，用于沿着与石墨烯的表面杂化来设计金刚石的电子特性（包括能带结构）。在化学气相沉积 (CVD) 室中，在约1300 °C 的温度下，沿着氢等离子体蚀刻，将石墨烯层（厚度 5–50 nm）垂直生长到抛光纹理多晶金刚石板（1 × 1 cm2）（vGr 金刚石）上。由于晶体学关系，石墨烯层与包含平面的金刚石表面成 30° 角嵌入。通过低角X射线衍射(XRD)、XRD摇摆曲线、拉曼和扫描电子显微镜验证了外延关系。通过杂交，菱形图案在~ 2.78 eV（~450 纳米）。顶部被指定为 VGr-金刚石混合结构的“界面缺陷”，这是 CVD 金刚石的一种“表面缺陷”，可在~ 2.69 eV 处产生顶部。界面缺陷的蓝移（~ 90 meV）是由于施加于界面原子的~ 3%的压应力造成的。模拟表明，混合结构具有 1.85-0.25 eV 的有限带隙，随着石墨烯层厚度增加至约1.4 nm，该带隙会减小。小带孔的出现通常归因于压缩应变。这些发现还可能为钻石成为下一代和密集电子设备的平台提供一条途径。

然而，随着 20 世纪 80 年代通过化学气相沉积 (CVD)3,4 成功合成金刚石，金刚石电子学 1,2 的探索仍然具有挑战性。这不仅是由于沉积位置的问题（〜1 × 1 cm2) 对于单晶金刚石板，4,5 但也涉及带隙工程的主题。6,7 掺杂杂质是带隙工程半导体织物的最佳方法，这开辟了硅的使用在当今时代。然而，对于宽带隙为 5.47 eV 的金刚石，掺杂方法显示难以正确控制掺杂剂以及重度掺杂硼或氮会降低结晶度。6 后一个问题更为根本，因为它是由于贸易造成的。原位掺杂中某个阶段的气体化学。随着目前包括石墨烯在内的二维物质合成的进展，结构杂化被认为是一种将带隙工程用于新型材料的可行方法。10-14。例如，

研究人员观察到，两层相互堆叠的石墨烯可以短暂地变得像金刚石一样坚硬，并且同样不可穿透，例如当它击中子弹时，这种硬化材料被称为钻石。多晶金刚石复合片 (PDC) 刀具广泛用于温和至中等难度岩层的采矿和钻探。在极其具有挑战性和坚固的岩层中进行钻探时，多晶金刚石层的快速沉积会影响钻头的低供应量。为了提高PDC刀具的整体性能，现代研究中采用高温高压（HTHP）烧结技术（5.5-6.0 GPa和1350-1500℃），通过添加一定量的石墨烯原料，高效组织了一种新型高性能金刚石复合材料PDC-G（以前将石墨烯带入PDC）。对其微观结构、残余应力、硬度、耐磨性、导热性、导电性进行了研究。 -PDC-G合成完成。与添加石墨烯的PDC相比，添加0.1wt%石墨烯的PDC-G的硬度和耐磨性分别优越了75%和33%。而且，通过石墨烯强化制备的PDC的电导率一度提高了42倍。PDC-G的强化机制大体上是金刚石颗粒之间石墨烯的润滑作用的结果。完成了合成的 PDC-G 的导热性和导电性。与添加石墨烯的PDC相比，添加0.1wt%石墨烯的PDC-G的硬度和耐磨性分别优越了75%和33%。而且，通过石墨烯强化制备的PDC的电导率一度提高了42倍。PDC-G的强化机制大体上是金刚石颗粒之间石墨烯的润滑作用的结果。完成了合成的 PDC-G 的导热性和导电性。与添加石墨烯的PDC相比，添加0.1wt%石墨烯的PDC-G的硬度和耐磨性分别优越了75%和33%。而且，通过石墨烯强化制备的PDC的电导率一度提高了42倍。PDC-G的强化机制大体上是金刚石颗粒之间石墨烯的润滑作用的结果。