由哥倫比亞大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際研究人員小組開發(fā)了一種通過壓縮來控制石墨烯電導(dǎo)率的技術(shù)，使該材料更接近于成為當(dāng)今電子設(shè)備中可行的半導(dǎo)體。
哥倫比亞物理學(xué)系的博士后研究科學(xué)家，該研究的第一作者馬修·揚(yáng)科維茨說：“石墨烯是我們?cè)诘厍蛏险J(rèn)識(shí)的最好的導(dǎo)電體?！?nbsp;“問題在于它太導(dǎo)電，而且我們不知道如何有效地阻止它。我們的工作首次為在不損害石墨烯質(zhì)量的情況下實(shí)現(xiàn)在技術(shù)上與技術(shù)相關(guān)的帶隙建立了一條途徑。此外，如果如果將其應(yīng)用于二維材料的其他有趣組合，我們使用的技術(shù)可能會(huì)導(dǎo)致新出現(xiàn)的現(xiàn)象，例如磁性，超導(dǎo)性等等?！?/p>
該研究由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)和戴維·露西爾·帕卡德基金會(huì)共同資助，發(fā)表在5月17日的《自然》雜志上。
自十多年前被發(fā)現(xiàn)以來，石墨烯是由六邊形鍵合的碳原子組成的二維（2-D）材料，其異常的電子特性引起了物理學(xué)界的興奮。石墨烯是已知存在的最強(qiáng)，最薄的材料。它也恰好是優(yōu)良的電導(dǎo)體-石墨烯中碳原子的獨(dú)特原子排列使它的電子能夠以極高的速度輕松行進(jìn)，而沒有明顯的散射機(jī)會(huì)，從而節(jié)省了通常在其他導(dǎo)體中損失的寶貴能量。
但是，迄今為止，證明在不改變或犧牲石墨烯的良好質(zhì)量的情況下關(guān)閉電子在材料中的傳輸是不成功的。
哥倫比亞大學(xué)物理系副教授Cory Dean表示：“石墨烯研究的主要目標(biāo)之一是找到一種方法，既可以保留石墨烯的所有優(yōu)點(diǎn)，又可以創(chuàng)建帶隙—電子通斷開關(guān)?！痹撗芯康闹饕芯空?。他解釋說，過去對(duì)石墨烯進(jìn)行改性以產(chǎn)生這種帶隙的努力已經(jīng)降低了石墨烯的內(nèi)在良好性能，使其用途大大減少。但是，一個(gè)上層建筑確實(shí)顯示出了希望。當(dāng)石墨烯夾在原子稀薄的電絕緣體氮化硼（BN）層之間并且兩種材料旋轉(zhuǎn)對(duì)齊時(shí)，表明BN會(huì)改變石墨烯的電子結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生帶隙，從而允許該材料表現(xiàn)得像半導(dǎo)體 既作為導(dǎo)體，又作為絕緣體。然而，僅由該分層產(chǎn)生的帶隙不足以在電晶體管器件在室溫下的操作中有用。
為了擴(kuò)大該帶隙，Yankowitz，Dean及其在國(guó)家高磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室，韓國(guó)首爾大學(xué)和新加坡國(guó)立大學(xué)的同事壓縮了BN-石墨烯結(jié)構(gòu)的層，發(fā)現(xiàn)施加壓力會(huì)大大增加帶隙的大小，從而更有效地阻止電流通過石墨烯。
揚(yáng)科維茨說：“隨著我們施加壓力，帶隙增大?！?nbsp;“仍然沒有足夠大的間隙（足夠強(qiáng)大的開關(guān)）可以在室溫下用于晶體管器件中，但是我們已經(jīng)從根本上更好地了解了為什么這個(gè)帶隙首先存在，如何進(jìn)行調(diào)諧以及晶體管在現(xiàn)代電子設(shè)備中無處不在，因此，如果我們找到一種將石墨烯用作晶體管的方法，它將得到廣泛的應(yīng)用。”Yankowitz補(bǔ)充說，多年來，科學(xué)家們一直在傳統(tǒng)的三維材料中進(jìn)行高壓實(shí)驗(yàn)，但是還沒有人找到使用二維材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的方法?，F(xiàn)在，研究人員將能夠測(cè)試施加不同程度的壓力如何改變各種堆疊式二維材料組合的特性。ankowitz說：“二維材料的組合所產(chǎn)生的任何新興特性都應(yīng)隨著材料被壓縮而變得更強(qiáng)?！?nbsp;“我們現(xiàn)在可以采用這些任意結(jié)構(gòu)中的任何一種并將其擠壓，并且產(chǎn)生的效果的強(qiáng)度是可調(diào)的。我們?cè)谟糜诓倏v二維材料的工具箱中添加了一個(gè)新的實(shí)驗(yàn)工具，該工具為創(chuàng)建二維材料提供了無限的可能性具有設(shè)計(jì)者屬性的設(shè)備。”
