超輕薄，可捲曲，豐富應用性的晶片不再是夢想。國立成功大學物理系副教授兼成大前沿量子科技研究中心張景皓與其團隊，共同分析「石墨烯」材料，發現捲曲後有新的獨特應用功能性，為此與團隊投入研究，從無到有，建立起基礎物理（量子態）模型。研究成果於 2022 年發表於奈米科學領域之學門指標性期刊奈米視界（Nanoscale Horizons）並獲選為期刊之封面論文（Front Cover）。
矽層狀材料不再是晶片製造的唯一選擇
成大物理系副教授張景皓說，自己 2013 年在德國德樂斯登萊布尼茲固態材料研究所擔任研究員時，得知使用石墨烯製成的可撓式電極版等元件被研發出來、且受到業界矚目，當時他認為這類型的二維材料（2D）具有特殊、豐富、操作自由等特性，有機會突破矽，成為新的半導體元件材料，開啟想要從事相關研究的契機，於是，2018 年回國後便積極投入相關的物理理論研究，盼能透過瞭解二維材料的晶格結構（原子排列）在電路中的運動、跳躍等路徑，找尋可撓式奈米材料發展的關鍵。
張景皓團隊進一步解釋，石墨烯（Graphene）是自然界目前已知世上最薄的材料，當把六角型、蜂巢晶格狀的石墨片層層剝離，就能看見單層、只有厚度約 0.34 奈米的單原子碳材，然而，可撓式指的就是可任意彎曲（Rollable），能製作出體積微小化、輕量化的物件，像是目前市面上最新，有多角度螢幕摺疊功能的手機，就是使用可撓式玻璃製作出的產品。
國立成功大學物理系副教授兼成大前沿量子科技研究中心張景皓（左）與其研究團隊
為什麼要做可撓式奈米？
半導體產業發展至今仍以層狀矽材料作為晶片製造的材料，但能提升的空間越來越小，若想超越 5 奈米，傳導速度更快、極低耗能、更微小的捲曲狀石墨烯，可望取代矽成為下一世紀的奈米材料，製造出超薄、超輕，可撓式，可拿來發展多種元件的晶片，相關的研究在材料界研發超過 20 年，但因背後的關鍵電子學特性仍是未知，至今都未能大鳴大放、納入實際應用版圖。
張景皓副教授表示，近年來自己所參與的研究，證實將石墨烯在奈米尺度下，扭曲成螺旋狀奈米時會因原子間距離的改變而產生磁性，展現出新穎的電子傳輸特性，是其他材料無法取代的；可撓式奈米不僅能將晶片做到微小化，更可望達到節能減碳的目標，未來發展不容小覷，但目前要克服的因素還很多，其一就是若要將其產品化，必須找出背後的原理，就像是計算的方程式、物理的定律，然而，要找出符合正確計算數值的理論，卻讓不少研究團隊傷透腦筋。
成大物理系張景皓副教授鼓勵物理系學生共同參與研究
從 0 到 1 的過程需要一點想像與浪漫
研究成果於 2022 年發表於奈米科學領域之學門指標性期刊 Nanoscale Horizons 並獲選為期刊之封面
新聞來源：成大新聞中心