九原子宽的”带子”

研究团队把石墨烯纳米带集成进半导体器件，再暴露于伽马辐射之下。这些纳米带宽 9 个原子、厚 1 个原子，平均长度约 45 纳米，比头发丝细数万倍。项目负责人、材料科学与工程助理教授 Zafer Mutlu 形容实验结果：”器件挺过了暴露、仍有反应，电性能却剧烈改变——这正是理想的传感器行为。”

给核聚变堆当”第一壁”体检

在核聚变反应堆中，隔开超高温燃料与堆体结构的最内层屏障称为”第一壁”，它在强辐射下会逐渐退化，需要定期检修更换。现有的硅基传感器无法在壁内长期存活，只能放在壁外做间接测量、停机后再做物理检查。石墨烯纳米带传感器则有可能布放到更靠近堆芯的位置，实时监测材料退化，减少为检修而停机的时间、延长电站运行时长。Mutlu 表示，”实时监测是这一项目的愿景”。

辐射信号从何而来

研究者解释，伽马辐射穿过周围空气会产生活性分子，微妙地改变纳米带的边缘，却不破坏其整体框架。在如此窄的结构里，量子效应会放大微小变化对电流传输的影响。团队认为，信号源于一种叫 Anderson 局域化（Anderson localization）的量子现象：辐照引发的改变把承载电流的电子”困”在原地，使电流骤减，从而给出辐射暴露的迹象。

太空与更广的想象

类似的思路也能用于太空系统：通信卫星、对地观测卫星与深空探测器长期暴露在辐射中，石墨烯纳米带传感器有望提前发现辐射相关的磨损、防患于未然。Mutlu 表示，这套合成方法可以”逐原子、逐分子”地设计灵敏度——调高、调低，或干脆关闭响应——从而支持抗辐射半导体芯片，以及长期追踪系统状态的传感器。该研究由 Semiconductor Research Corporation 与 National Science Foundation 资助。