石墨烯

近年來，石墨烯 (Graphene) 掀起了一股材料科技的熱潮，這種由碳原子以蜂巢狀排列構成的二維材料，以其驚人的強度、導電性和熱導性，成為眾多科學突破的關鍵，然而，您是否聽說過矽烯 (Silicene)？這是一種由矽原子構成的蜂巢狀二維材料，不僅有著與石墨烯許多相似的物理特性，還因其與現有矽基半導體技術的高度兼容性，以及其高度的柔軟度，被視為次世代電子科技的明日之星！

石墨稀，被譽為「奇蹟材料」不僅擁有優異的導電與導熱性，也擁有極為優異的機械強度，理想的石墨稀在承受巨大外力的時候幾乎不會變形，因此《科學美國》（SCIENTIFIC AMERICA）的報導曾這樣描述：單層的石墨稀可以撐起一頭大象，然而，這樣完美的石墨稀並不容易取得，因此，科學家開始轉向探討石墨稀的斷裂機制，並找到背後的斷裂模型Griffith 理論，藉由此模型，我們可以了解，在不同裂縫存在的情況下，石墨稀的耐受極限為何，如此有望能開始將石墨稀落實在電子工程之中。

石墨烯是一種由碳原子排列成蜂巢狀單層結構的材料，自2004年被成功分離後，由於它優異的物理特性，引起了材料科學的革命，科學家紛紛投入石墨烯的研究，在2024年2月，新加坡國立大學的研究團隊在《自然化學》(Nature Chemistry) 上發表了一項革命性成果，他們透過將石墨烯修飾成蝴蝶形狀，使其同時具有鐵磁性和反鐵磁性，而當中的電子則具有高度的量子自旋糾纏，這一發現被認為是量子科技發展的重大突破，有望成為新一代量子材料的基礎，推動量子計算和通信技術的進步。

在面試中，當考官問到為何穿著皺巴巴的衣服時，你可能感到尷尬，卻無法以急忙出門忘記燙衣服為理由。這時，一個關於皺摺的故事或許能為你解套。研究指出，對石墨烯而言，皺摺能提升其性能，特別是增加皺褶有助於提高疏水性和電化學反應效能。因此，當面對逆境，不妨展現出皺褶的力量，解釋其在石墨烯中的重要性，或許能為你贏得一個機會！

在疫情流行這幾年間，石墨烯成為了「陰謀論」的主角，雖然它具有很多夢幻的特性，但卻不應該為此背黑鍋。另一方面，石墨烯在過濾病毒上的應用倒是被科學家高度關注，它能夠有效阻絕並破壞細菌，卻可能為人體帶來像石綿一般的風險。不過，石墨稀的過濾特性仍被持續的研究中。隨著氣候異常的現象日益頻發，近年來各地不時傳出缺水的危機，石墨烯被當作海水淡化的重要材料，藉由它奇特的特性能夠高效地將海水轉為飲用水。

我們有可能作一個轉扭，就使材料在絕緣體、超導體、鐵磁狀態自由切換嗎？當石墨烯以魔法夾角堆疊時，可以產生超導狀態；若是和六角硼氮組合成「三明治」時，竟然可以產生鐵磁性。二維材料結構簡單，藉由扭轉產生的特殊物理現象，可以幫助科學家更瞭解背後的生成機制。這類的研究進一步被歸類為「轉角電子學」，這樣的材料組成就像一個轉扭一樣，透過旋轉就可以切換其物理狀態！

2023年七月，「超導體」報導引起媒體大量關注，Google搜尋熱度暴增。超導體對科技發展與環保平衡至關重要，無電阻傳輸能夠大幅提高資訊處理速率，且大幅減少對環境的汙染。石墨稀擁有高導電性、高彈性和硬度等特點，身為近代最夢幻的材料，石墨稀也具備有超導特性。雙層石墨稀的1.1°「魔法夾角」堆疊可展現超導與絕緣特性，成為絕佳的電子開關。雖此狀態僅在極低溫出現，但這項發現仍有助於科學家理解超導機制。全球科學家們持續致力於克服障礙，期待實現無損耗能源使用，使科技與環保不再是矛盾。

■隨著科技的進步，電子裝置日漸縮小，功能卻能增加，這全都有賴半導體產業中的摩爾定律。然而，在傳統半導體架構中，尺寸上的縮小有物理上的極限，眼看摩爾定律的末日就要到了！因應這個問題，許多半導體研究機構致力研發新的科技，搭配上二維材料，部份地解決了縮小半導體尺度時會面臨的困難。然而這些材料和長久使用的半導體科技並不相容，無法真正投入應用。近日，科學家提出一種新穎的半導體製程，能夠製造原子級厚度的二維半導體。這個技術有望併入以矽為基礎、廣為使用的製程。

■北京清華大學的研究團隊在蠶寶寶吃的桑葉

■來自澳洲及美國的科學家製作出了只有幾層