突破！《Nature》子刊：新技术有望解决石墨烯无带隙难题！
2019-02-21 12:09:44
作者：本网整理 来源：石墨烯资讯
石墨烯是理想的制备未来传输速度更快、体积更小、更节能的电子元件的理想材料，但是由于没有带隙，设计石墨烯的电气特性非常困难，现在，一个科学家团队已经解决了这个问题。近期他们的研究成果发表在《NatureNanotechnology》上。
背景
近15年来，科学家们一直试图利用“奇迹材料”石墨烯来生产纳米级电子器件。理论上看来，石墨烯应该是非常理想的：它是超薄的 - 只有一个原子厚度，它是二维材料，非常适合传导电流，所有这些特点表明石墨烯是理想的制备未来传输速度更快、体积更小、更节能的电子元件的理想材料，而且另一大优势是制备石墨烯的原料理论上可以无限供应。
理论上，石墨烯可以通过切割微小的图案来完成电子、光子学或传感器等许多不同的任务，因为这从根本上改变了它的量子特性。然而，一个“简单”的任务，已经证明是令人惊讶的困难：在石墨烯上产生一个带隙-这是制造晶体管和光电子器件的关键。然而，由于石墨烯只是一个原子厚度，所有的原子都很重要，即使是图案中的微小不规则也会破坏它的性质。
“石墨烯是一种非常棒的材料，我认为它将在制造新的纳米级电子产品中起到至关重要的作用。问题是设计石墨烯的电气特性非常困难，”德国物理学教授PeterB?ggild说。
奥尔堡大学石墨烯研究中心成立于2012年，专门研究石墨烯的电性能如何通过极小的尺寸改变其形状来定制。 在实际模拟石墨烯时，来自DTU和奥尔堡的研究团队经历了与全球其他研究人员相同的经历：这是行不通的。
“当使用石墨烯这样的材料设计电路时，是为了以一种可控的方式改变它的特性-与你的设计相匹配。然而，我们多年来所看到的是，我们可以在石墨烯上蚀刻出电路，但不得不引入如此多的缺陷和污染，使它不再表现出石墨烯的优异性能。这有点像制造水管，因为工艺不好，水管内部部分堵住了。从外面，它可能看起来很好，但水不能在其中自由流动。对于电子产品来说，这显然是灾难性的，”PeterB?ggild说。
成果介绍
现在，一个科学家团队已经解决了这个问题。近期他们的研究成果发表在《NatureNanotechnology》上。DTU Physics的两个博士后，首先将石墨烯封装在另一个二维材料- 六角形氮化硼中，这是一种非导电材料，通常用于保护石墨烯的特性。接下来，他们使用一种称为电子束光刻的技术，用一系列密集的超小孔仔细地对下面的氮化硼和石墨烯保护层进行图案化。这些孔的直径约为20纳米，孔之间的距离约12纳米，然而，孔边缘的粗糙度小于1纳米，或十亿分之一米。该石墨烯器件中的电流比之前报道的近似尺寸的要多1000倍。
“我们已经证明我们可以控制石墨烯的能带结构，并设计它应该如何表现。当我们控制能带结构时，我们可以获得石墨烯的所有特性 - 我们惊讶地发现，一些最微妙的量子电子效应能够存活下来。密集的图案 - 这是非常令人鼓舞的。我们的工作表明，我们可以坐在电脑前设计组件和设备 - 或者想出一些全新的东西 - 然后去实验室并在实践中实现它们，”PeterB?ggild说道。
“许多科学家早就放弃了在石墨烯中进行纳米光刻的研究，这是非常可惜的，因为纳米结构是开发石墨烯电子和光子学最激动人心的特征的关键工具。现在我们已经弄清楚它是如何完成的可以说诅咒被解除了。还有其他挑战，但事实上我们可以定制石墨烯的电子特性，这是朝着创造尺寸极小的新电子产品迈出的一大步，”PeterB?ggild说。
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