研究人员利用压力控制石墨烯晶体管的特性

由哥伦比亚大学领导的国际研究团队已经开发出一种技术，通过通过压缩氮化硼和石墨烯层，操纵石墨烯的电导率，能够提高材料的带隙，使材料更接近于成为当今电子器件中可用的半导体材料。

哥伦比亚大学物理系博士后研究员马修说：“石墨烯是我们在地球上知道的最好的电导体。“问题在于它在导电方面表现得太好，我们不知道如何有效地阻止它，我们的工作首次确立了在不影响其质量的情况下实现石墨烯技术相关带隙的途径。应用于二维材料的其他有趣组合，我们所用的技术可能会导致新的出现现象，如磁性，超导性等等。“这项研究出现在5月17日的“自然”杂志上。

自十多年前发现以来，石墨烯的不寻常的电子性质激发了物理学界的兴趣。石墨烯是已知存在的最强，最薄的材料。它也恰好是一种优秀的电力导体-石墨烯中碳原子的独特原子排列使其电子能够以极高的速度轻松传播，而没有散射的显着机会，节省了通常在其他导体中损失的宝贵能量。但是，在不改变或牺牲石墨烯的有利品质的情况下关闭电子在材料中的传输已被证明是迄今为止尚未成功的。

“石墨烯研究的宏伟目标之一是找出一种方法来保持石墨烯的所有优点，但也会产生带隙-电子开关，”主要研究者哥伦比亚大学物理学助理教授科里迪安说。他解释说，过去对石墨烯进行修改以产生这种带隙的努力已经降低了石墨烯固有的良好性能，使其不太有用。然而，一个上层建筑确实显示出承诺。当石墨烯被夹在氮化硼层之间时，原子层薄的电绝缘体，并且这两种材料旋转地对准，氮化硼层已经显示出修改石墨烯的电子结构，产生带隙以允许材料表现为半导体-也就是说，既作为电导体又作为绝缘体。然而，由这种分层产生的带隙在室温下不足以在电晶体管器件的操作中有用。

为了加强这种能带差距，研究人员压缩了氮化硼-石墨烯结构的层，发现施加压力显着增加了带隙的尺寸，更有效地阻止了通过石墨烯的电流。

“当我们挤压并施加压力时，带隙会增大，”扬科维茨说。“它仍然没有足够大的差距-一个足够强大的开关-可以在室温下用于晶体管器件，但是我们已经从根本上更好地理解了为什么这个能带差距首先存在，它如何调节，以及我们未来的目标可能是什么，晶体管在我们现代的电子设备中无处不在，所以如果我们能找到一种将石墨烯用作晶体管的方法，它将具有广泛的应用。“

马修补充说，科学家多年来一直在传统三维材料的高压下进行实验，但还没有人找到用二维材料做这些实验的方法。现在，研究人员将能够测试应用不同程度的压力如何改变堆叠二维材料的各种组合的属性。

马修说：“随着材料的压缩，二维材料组合产生的任何突发性质应该会越来越强。“我们现在可以采用任意这些任意结构并挤压它们，并且产生的效果的强度是可调的。我们已经添加了一个新的实验工具，用于处理二维材质的工具箱，并且该工具为创建设备打开了无限的可能性设计师物业“。