隨著矽在適應快速計算方面的能力幾乎達到極限，現在比以往任何時候都更需要下一個大型納米電子平臺。因此，在納米電子學領域，一個非常緊迫的任務就是尋找一種可以取代矽的材料。近期，美國佐治亞理工學院研究人員開發一種新的基於石墨烯的納米電子學平臺——單片碳原子。據悉，該技術可以與傳統的微電子制造兼容，有助於制造出更小、更快、更高效和更可持續的計算機芯片，並對量子和高性能計算具有潛在影響。
研究人員指出，“石墨烯的力量在於其平坦的二維結構，這種結構由已知最強的化學鍵結合在一起。相較於矽，石墨烯可微型化的程度更深、能以更高的速度運行並產生更少的熱量。這意味著，原則上，單一的石墨烯芯片要比矽芯片內可封裝更多器件。”
為創建新的納米電子平臺，研究人員在碳化矽晶體基板上創建一種改良形式的外延石墨烯，用電子級碳化矽晶體生產獨特的碳化矽芯片。
研究人員使用電子束光刻技術（微電子學中常用的一種方法）來雕刻石墨烯納米結構，並將其邊緣焊接到碳化矽芯片上。這一過程機械地穩定和密封石墨烯的邊緣，否則它會與氧氣和其他可能幹擾沿邊緣電荷運動的氣體發生反應。
最後，為測量石墨烯平臺的電子性能，該團隊使用一個低溫設備，使他們能夠記錄從接近零攝氏度到室溫下的特性。他們的研究成果已於近期發表在《自然·通訊》雜志上。
研究小組在石墨烯邊緣態下觀察到的電荷類似於光纖中的光子，可以在不散射的情況下長距離傳播。他們發現電荷在散射之前沿邊緣移動數萬納米。在之前的技術中，石墨烯電子隻能移動約10納米，然後就會撞到小缺陷並向不同方向散射。
在金屬中，電流由帶負電的電子傳遞。但與研究人員的預期相反，他們的測量表明，邊緣電流不是由電子或空穴攜帶的。相反，電流是由一種不同尋常的準粒子攜帶的，這種準粒子既沒有電荷也沒有能量，但運動時沒有阻力。盡管是單個物體，但觀察到混合準粒子的成分在石墨烯邊緣的相對側移動。
研究人員表示，其獨特的性質表明，這種準粒子可能是物理學傢幾十年來一直希望利用的粒子——馬約拉納費米子。
“在無縫連接的石墨烯網絡中使用這種新的準粒子開發電子產品將改變遊戲規則。”他們補充道，“我們可能還需要5到10年才能擁有第一個基於石墨烯的電子產品。但由於我們團隊新的外延石墨烯平臺，技術比以往任何時候都更接近讓石墨烯成為矽的繼承者。”