據(jù)物理學(xué)組織網(wǎng)站2018年5月16日報(bào)道，由美國哥倫比亞大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的國際研究團(tuán)隊(duì)近日開發(fā)出一種利用壓力調(diào)控石墨烯電學(xué)特性的新技術(shù)，有望將石墨烯變?yōu)楦咏娮悠骷?yīng)用需求的實(shí)用半導(dǎo)體材料。相關(guān)研究成果已發(fā)表在近期的《自然》雜志上。

　　石墨烯是地球上最好的導(dǎo)電體。但正是因?yàn)槭?dǎo)電性太強(qiáng)，缺少半導(dǎo)體特性，使其無法直接應(yīng)用于電子器件之中。為此，哥倫比亞大學(xué)在美國國家科學(xué)基金會、大衛(wèi)和露西爾帕克德基金會共同支持下，首次發(fā)起并開展了石墨烯電學(xué)特性壓力調(diào)控研究工作，旨在找到在不犧牲石墨烯材料優(yōu)良特性前提下實(shí)現(xiàn)石墨烯帶隙調(diào)控的有效技術(shù)途徑，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行拓展，找到調(diào)控其他二維材料的磁學(xué)、超導(dǎo)等特性的途徑。

　　石墨烯具有由六角碳原子環(huán)組成的蜂窩式層狀結(jié)構(gòu)，是一種擁有獨(dú)特電子特性的二維材料，也是已知存在的最薄、最堅(jiān)硬的材料。石墨烯中碳原子獨(dú)特的排列方式降低了電子的散射幾率，使電子能以極高的速度移動，并節(jié)省了電子在其他導(dǎo)體材料中運(yùn)動時(shí)容易被耗散掉的能量。但是，目前在不改變或犧牲石墨烯有利特性的情況下，想停止電子在石墨烯材料中的傳輸狀態(tài)幾乎是不可能的。

　　當(dāng)前，石墨烯研究的宏偉目標(biāo)是找到一種在保持石墨烯所有優(yōu)良特性的同時(shí)還能創(chuàng)造出一個(gè)有效半導(dǎo)體帶隙的方法。超晶格結(jié)構(gòu)為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)帶來了希望。目前已證實(shí)，當(dāng)石墨烯夾在兩層原子層厚度的氮化硼(BN)電絕緣層之間構(gòu)成三明治結(jié)構(gòu)時(shí),石墨烯的能帶結(jié)構(gòu)會發(fā)生改變，形成具有類似半導(dǎo)體的帶隙。但是，由這種特殊層狀結(jié)構(gòu)形成的帶隙寬度還不夠大，不足以支持室溫下晶體管電子器件的運(yùn)行。為了增大這一帶隙，哥倫比亞大學(xué)聯(lián)合國家高強(qiáng)度磁場實(shí)驗(yàn)室、韓國首爾大學(xué)和新加坡國立大學(xué)開展研究并發(fā)現(xiàn)，對氮化硼-石墨烯三明治結(jié)構(gòu)施加壓力可大大增加石墨烯材料的帶隙寬度，從而能夠更有效地對流經(jīng)石墨烯的電流實(shí)施阻斷操作。雖然，目前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果還未達(dá)到可用于在室溫下操縱晶體管器件的水平，但研究人員已從根本上理解了帶隙產(chǎn)生和存在的機(jī)理，并清楚如何調(diào)控帶隙以及未來可達(dá)到的目標(biāo)。晶體管在現(xiàn)代電子設(shè)備中無處不在，因此，如果能找到一種方法來使用石墨烯制造晶體管，它將會得到更加廣泛的應(yīng)用。

　　之前科學(xué)家們其實(shí)一直在研究高強(qiáng)度壓力作用對于傳統(tǒng)三維材料導(dǎo)電性的影響，但至今還沒有專門針對二維材料的研究。哥倫比亞的學(xué)的研究工作將填補(bǔ)這項(xiàng)空白，有望揭示不同強(qiáng)度的壓力對包括石墨烯在內(nèi)的各種二維材料特性的影響。下一步，研究人員將進(jìn)一步完善實(shí)驗(yàn)條件，探索通過壓力作用調(diào)控其他二維材料特性的方法。