我們的世界是三維的,哪怕再薄的物體,比如一張紙,你把它放大后,它仍然是由層層疊疊分子壘起來的三維結(jié)構(gòu)。不過科學(xué)家們已經(jīng)找到了一種二維物體,它就是鼎鼎大名的石墨烯,石墨烯是由單個碳原子鋪成的六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,當(dāng)然它并不是完全意義上的二維物體,畢竟它還有一個碳原子的厚度,但在這個世界上你恐怕再也找不到比它更二維的東西了。
那么這個世界上有沒有一維的東西呢?聰明如你肯定已經(jīng)想到了,我們把石墨烯薄膜切成一個原子寬不就是一維的了嗎?很遺憾這個辦法行不通,石墨烯是目前世界上最薄最堅硬的物質(zhì),比金剛石還硬,你拿什么去切它呢?再說你即使切開了,原子就像玻璃彈子一樣,轟一聲就各自滾開了,你怎么把它們連成穩(wěn)定的一維結(jié)構(gòu)?
沒轍了吧?你沒有辦法不代表科學(xué)家沒有辦法,英國劍橋大學(xué)的研究人員就想出了一個絕頂聰明的辦法,既然不能切,那把石墨烯卷起來總行吧,這樣就形成了一個中空的結(jié)構(gòu),叫做碳納米管。研究人員在碳納米管中注入一種叫碲的類金屬物質(zhì),然后縮小碳納米管的直徑。由于碳納米管是世界上強度最高的物質(zhì),可憐的碲原子在里面只好你擠我我擠你,重新排班站隊,最后就變成了單個原子組成的線性結(jié)構(gòu)。通過使用直徑在0.7到1.1納米(nm)之間的碳納米管,研究人員成功制成了穩(wěn)定的“一維碲線”,直徑只有人類頭發(fā)的萬分之一。這項研究成果發(fā)表在《美國化學(xué)學(xué)會納米》(ACS Nano)上。
碲元素通常是半導(dǎo)體,但在緊密的封閉空間里,它的物理行為表現(xiàn)得更像金屬,如同電線一樣。通過改變碳納米管的直徑,科學(xué)家們就可以控制碲的物理性質(zhì)了。領(lǐng)導(dǎo)這項研究的保羅·梅德羅斯認為,這是世界上配置最精確的“一維”系統(tǒng),可能導(dǎo)致材料學(xué)和電子小型化的飛躍,實現(xiàn)比目前更小的晶體管,拯救已經(jīng)岌岌可危的摩爾定律。這個定律說,集成電路上可容納的晶體管數(shù)目,每18到24個月就會翻一番。由于人類的制造水平越來越高,晶體管的尺寸也越來越接近材料的極限,摩爾定律預(yù)計只能持續(xù)到2020年?!耙痪S”碲電線的成功,把晶體管變成了晶線管,成功拯救了摩爾定律,但同時也把它推向了邏輯的終點。