研究人员利用压力控制石墨烯晶体管的性能

哥伦比亚大学领导的国际研究团队开发了一种压缩石墨烯导电性的技术，使材料更接近于在当今电子设备中使用的可行半导体材料。

“石墨烯是我们在地球上知道的最好的电导体，”哥伦比亚大学物理系博士后研究科学家Matthew Yankowitz说，他是这项研究的第一作者。“问题是它太好导电，我们不知道如何有效地阻止它。我们的工作首次建立了一种在石墨烯上实现技术相关带隙而不损害其质量的途径。此外，如果应用到其他有趣的2-D材料的组合，我们使用的技术可能会导致新出现的现象，如磁性、超导性等。”

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通过压缩氮化硼和石墨烯层，研究人员能够提高材料的带隙，使其更接近于在当今的电子器件中使用的一种可行的半导体。

这项由国家科学基金会和戴维和卢西尔帕卡德基金会资助的研究发表在5月17日的《自然Nature》杂志上。

石墨烯是一种由六方键合的碳原子组成的二维（2-D）材料，其独特的电子特性自10多年前发现以来就激发了物理学界的兴趣。石墨烯是已知的最强、最薄的材料。它也恰巧是一种优良的电导体。石墨烯中的碳原子的独特原子排列使得它的电子能够以极高的速度轻易地移动，而不会有明显的散射机会，从而节省通常在其他导体中丢失的宝贵能量。

但是，在不改变或牺牲石墨烯的优良品质的情况下，关闭电子通过材料的传输已被证明是迄今为止没有成功的。

“石墨烯研究的一个重大目标是找到一种方法来保持石墨烯所有的好东西，但也可以创造一个带隙，一个电开关。”哥伦比亚大学物理系助理教授Cory Dean说，他是这项研究的主要研究者。他解释说，过去修改石墨烯产生这种带隙的努力已经降低了石墨烯固有的优良性能，使其变得不那么有用。

然而，一个上层建筑确实是有希望的。当石墨烯被夹在氮化硼（BN）层、原子薄的电绝缘体上，并且这两种材料旋转对准时，氮化硼已被证明能够改变石墨烯的电子结构，从而产生能使材料表现为半导体的带隙。即，作为一个电导体和绝缘体。然而，仅由这种分层产生的带隙不够大，不足以在室温下在电晶体管器件的操作中使用。

为了增强这种能带隙，Yangkigz，Dean和他们的同事在国家高磁场实验室，韩国汉城大学和新加坡国立大学，压缩了BN石墨烯结构的层，发现如果施加压力就会增加其带隙的大小，更有效地阻止了石墨烯的电流流动。

“当我们挤压和施加压力时，带隙就会增长，”Yankowitz说。它仍然不是一个足够大的带隙，不足以用于室温下的晶体管器件中一个足够强大的开关，但是我们已经从根本上更好地理解了为什么这种带隙存在，它是如何被调谐的，以及我们将来可能如何瞄准它。晶体管在我们的现代电子设备中无处不在，所以如果我们能找到一种使用石墨烯作为晶体管的方法，它将有广泛的应用。

Yankowitz补充说，科学家多年来一直在传统的三维材料中进行高压实验，但还没有人想出用2-D材料来进行实验的方法。现在，研究人员将能够测试如何应用不同程度的压力改变大量的组合的性质，堆叠的2-D材料。

Yankowitz说：“由于材料的压缩而产生的任何突发性物质都会随着材料的压缩而变强。我们可以采取任何这些任意结构现在和挤压他们，结果的力量是可调的。我们在工具箱中添加了一个新的实验工具来操作2-D材料，该工具为创建具有设计器属性的设备打开了无限的可能性。

原文来源：https://phys.org/news/2018-05-properties-graphene-transistors-pressure.html（实验帮译）

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