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低頻電子噪訊(low-frequency electronic noise)是許多元件與電路的困擾，不過噪訊究竟是產生於導體表面或元件內部至今仍未有定論。最近，美俄研究團隊藉由測量原子級多層石墨烯的噪訊，解開了這個懸宕百年的問題。此研究結果對於製造大小僅數奈米的電子元件，以及石墨烯相關類比電路、通訊網路及感應器而言，都非常重要。
低頻噪訊發現於100年前的真空管，而且存在於目前大部分的電子和通訊元件中。由於低頻噪訊會隨裝置尺寸縮小而劇烈增加，這對於線寬日漸縮小的積體電路而言是一嚴重威脅。過大的低頻噪訊不僅對數位電路的電晶體和內連線造成危害，也會影響高頻電路元件如混合器和振盪器，因為低頻噪訊會形成相位雜訊，進一步惡化運算放大器及類比數位轉換器的訊噪比。
為了研究低頻噪訊的來源，Alexander Balandin帶領州大學河濱分校(UCR)、壬色列理工學院(Rensselaer Polytechnic Institute, RPI)與俄羅斯科學院約費物理技術研究所(the Ioffe Physical-Technical Institute)合組的團隊針對墨烯薄膜進行實驗。不同於金屬或半導體，石墨烯的厚度能連續均勻地縮減至單一原子層，因此利用機械剝離(mechanical exfoliation)產生的多層石墨烯薄膜便很適合用來探究低頻噪訊(1/f noise)發生於材料表面或內部。
上述團隊使用適度摻雜的石墨烯樣本，厚度從1到15個原子層不等。實驗數據顯示七層厚度為噪訊來源的分水嶺：低於七層時，噪訊來自樣本表面，超過時則源自塊材內部。Balandin表示這是一出乎意料的發現，因為七層原子厚度約為2.5 nm，雖然此厚度可能隨材料而異，但這個尺度規則對於製作奈米元件而言將十分重要。目前電晶體的厚度約為1 nm，因此瞭解低頻噪訊何時成為純表面效應是一種重要議題。
此研究對於製作石墨烯類比電路、通訊網路與感知器而言十分重要，因為這些應用無法忍受過高的低頻噪訊。該團隊計畫進一步探討低頻噪訊背後的確切物理機制。詳見Appl. Phys. Lett. 102 093111 (2013)。 |