中國粉體網(wǎng)訊 一支由哥倫比亞大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的國際研究團(tuán)隊開發(fā)了一種控制石墨烯的電導(dǎo)率的技術(shù),，他們通過對石墨烯疊層復(fù)合材料施壓成功改變了石墨烯的電子結(jié)構(gòu)，在石墨烯中創(chuàng)建出目前最寬的能帶間隙,，使復(fù)合材料呈現(xiàn)半導(dǎo)體性，向石墨烯導(dǎo)電開關(guān)的發(fā)展更近一步。
哥倫比亞大學(xué)物理系博士后研究員Matthew Yankowitz說：“在我們的星球上,，石墨烯是目前最好的電導(dǎo)體。也恰恰因?yàn)樗趯?dǎo)電方面表現(xiàn)得太好,，讓我們不知道如何有效地對它加以控制,。這次我們的研究課題也建立在解決這個難題上，采取某些技術(shù)在不影響石墨烯質(zhì)量的情況下實(shí)現(xiàn)帶隙的控制,，最終我們通過對石墨烯施加可控壓縮解決了這個問題,。”其實(shí)他們這種技術(shù)還能用在其他二維復(fù)合材料上,，在壓力下二維材料可能會出現(xiàn)一些新性能,，比如磁性、超導(dǎo)性等,。
通過壓縮氮化硼/石墨烯復(fù)合層,，研究人員能夠提高材料帶隙寬度，使室溫下使用的石墨烯半導(dǎo)體應(yīng)用發(fā)展又一步,。
自十多年前首次發(fā)現(xiàn)石墨烯和它特殊的電子性質(zhì),，這種由六角鍵合的碳原子組成的二維材料就令整個物理學(xué)界沸騰。它不僅是目前存在的最強(qiáng),、最薄的材料,，還是極優(yōu)秀的電導(dǎo)體。它的獨(dú)特之處在于,，石墨烯結(jié)構(gòu)中碳原子以六元環(huán)方式排列,，使電子能以極高的速度傳播，并且不發(fā)生散射,，這相較于其他導(dǎo)體大大節(jié)省了導(dǎo)電過程中被損耗的能量,。
石墨烯是一種無帶隙結(jié)構(gòu)，這也是它表現(xiàn)出超常導(dǎo)電性的原因,，性質(zhì)固然好,，但在應(yīng)用時卻帶來了棘手的問題。迄今為止,，還沒有研究團(tuán)隊能在不改變或犧牲石墨烯優(yōu)異性質(zhì)的情況下中止電子在材料中的傳輸,，因?yàn)闊o帶隙，電子一旦開動就像泄洪一般無法控制“開與閉”,。
“在這個大背景下,，石墨烯研究的宏偉目標(biāo)之一就是找出一種方法,，在保存石墨烯所有優(yōu)點(diǎn)的同時產(chǎn)生帶隙-電子開關(guān)�,！� 哥倫比亞大學(xué)物理學(xué)助理教授Cory Dean說道,，他是此項研究的主要研究者。
他進(jìn)一步解釋道,，以往科學(xué)家通過對石墨烯進(jìn)行修飾以產(chǎn)生帶隙的方法已經(jīng)失效,，因?yàn)檫@會降低石墨烯固有的良好性能。后來研究發(fā)展到設(shè)計一些超結(jié)構(gòu),，將石墨烯和一些薄層半導(dǎo)體材料復(fù)合在一起,，通過另一種材料的帶隙加入改變整體復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)。他舉了個例子,，當(dāng)石墨烯被夾在氮化硼（也是六方點(diǎn)陣結(jié)構(gòu),，是點(diǎn)絕緣體）層之間，兩者晶格節(jié)點(diǎn)處有一定的旋轉(zhuǎn)角度時,，石墨烯的電子結(jié)構(gòu)就已被修飾,，產(chǎn)生帶隙，開始使材料呈現(xiàn)出半導(dǎo)體性,。但用這種復(fù)合方法產(chǎn)生的帶隙很窄,，室溫下不足以在電晶體管器件中發(fā)揮作用。
為了加強(qiáng)這種帶隙間距,，韓國漢城大學(xué)國家強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)室和新加坡國立大學(xué)的Yankowitz,、Dean和他們的同事嘗試壓縮了氮化硼/石墨烯結(jié)構(gòu)層，發(fā)現(xiàn)外加壓力顯著增加了帶隙的尺寸,，更有效地阻止了通過石墨烯的電流,，使石墨烯導(dǎo)電開關(guān)的“閉合”功能的實(shí)現(xiàn)變得更有可行性。
新加坡國立大學(xué)的Yankowitz教授說：“我們在擠壓時施加的壓力會使帶隙增大,，但它仍然沒有大到能作為室溫下使用的晶體管器件材料,。但不管怎么說， 我們都做出了一步意義重大的突破,，我們現(xiàn)在已經(jīng)從根本上更好地理解了如何產(chǎn)生帶隙,，并進(jìn)而去調(diào)整它。我們也很清楚未來要做些什么,，因?yàn)槟壳熬w管在我們的現(xiàn)代電子設(shè)備中無處不在,，所以如果我們能找到一種能將石墨烯用作晶體管的方法，它的應(yīng)用價值將不可限量,�,！�
Yankowitz教授又補(bǔ)充說：“科學(xué)家多年來一直在高壓下用傳統(tǒng)三維材料做實(shí)驗(yàn)，但是還沒有人知道怎么用二維材料做這些實(shí)驗(yàn)的方法,。我們的研究人員算是在這個方向上做了些貢獻(xiàn),，因?yàn)槲覀円呀?jīng)能測試在不同程度的外加壓力下，二維層狀復(fù)合材料在各種組合下的屬性,�,！�
Yankowitz教授還建議，材料被壓縮時,，因二維材料的復(fù)合產(chǎn)生的各類新性能都值得我們?nèi)ヌ骄坎⑦M(jìn)一步發(fā)揚(yáng),。所以他們現(xiàn)在正在做這方面的實(shí)驗(yàn)，嘗試將各種材料積壓在一起,，他們的技術(shù)都能達(dá)到對想要的效果可控調(diào)節(jié),。目前他們剛添置了臺新設(shè)備，是一種用于處理二維材料的工具箱,，它將為他們后期搭建更多設(shè)備提供便利,，以及提高對性能設(shè)計的可能性。
這項研究由美國國家科學(xué)基金會和David和Lucille Packard 基金會贊助,，他們的研究成果發(fā)在《Nature》期刊上,，標(biāo)題為“Dynamic band - structure tuning of graphene moiré superlattices with pressure”（用壓力動態(tài)地調(diào)諧石墨烯超結(jié)構(gòu)的能帶） （粉體網(wǎng)編輯整理/土豆兒）
