研究人员使用压力控制石墨烯晶体管的性质

哥伦比亚大学领导的国际研究团队开发出一种技术，通过压缩操纵石墨烯的导电性，使材料更接近成为当今电子设备中可行的半导体。

“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，该研究的第一作者马修·扬科维茨说。“问题在于它在导电方面做得太好了，而且我们不知道如何有效地阻止它。我们的工作首次确立了在石墨烯中实现技术相关带隙而不影响其质量的途径。此外，如果应用于2D材料的其他有趣组合，我们使用的技术可能会导致新的突现现象，如磁性，超导性等。“

石墨烯是一种二维(2D)材料，由六角形键合的碳原子组成的不寻常的电子特性，自十多年前发现以来，已经激发了物理界的兴趣。石墨烯是已知存在的最强，最薄的材料。它也恰好是一种优良的电导体 - 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不会有很大的散射机会，从而节省了通常在其他导体中丢失的宝贵能量。

但是，迄今为止，关闭电子通过材料的传输而不改变或牺牲石墨烯的有利品质已被证明是不成功的。

“石墨烯研究的一个重要目标是找出一种方法来保持石墨烯的所有优点，同时也创造一个带隙 - 电气开关，”哥伦比亚大学物理学助理教授Cory Dean说。和该研究的主要研究者。他解释说，过去修改石墨烯以产生这种带隙的努力已经降低了石墨烯本质上的良好性能，使其变得不那么有用。然而，一个上层建筑确实显示出了希望。当石墨烯夹在氮化硼(BN)层，原子级薄的电绝缘体和两种材料旋转对齐时，BN已被证明可以改变石墨烯的电子结构，形成允许材料的带隙表现为半导体 - 也就是说，作为电导体和绝缘体。然而，仅由该分层产生的带隙不足以在室温下用于电晶体管器件的操作。

为了加强这种带隙，Yankowitz，Dean和他们在国家高磁场实验室，韩国首尔大学和新加坡国立大学的同事压缩了BN-石墨烯结构层，发现施加压力大大增加了带隙的尺寸，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，带隙增大，”Yankowitz说。“它仍然没有足够大的差距 - 足够强大的开关 - 在室温下用于晶体管器件，但我们已经从根本上更好地了解了为什么这个带隙存在于首位，它如何调整晶体管在我们的现代电子器件中无处不在，所以如果我们能找到一种方法将石墨烯用作晶体管，那么晶体管就会有广泛的应用。“

Yankowitz补充说，科学家们已经在常规三维材料的高压下进行了多年的实验，但是还没有人想出用2D材料做这些材料的方法。现在，研究人员将能够测试如何应用各种程度的压力来改变堆叠2D材料的各种组合的性质。

“随着材料的压缩，任何由2D材料组合产生的紧急性能都会变得更强，”Yankowitz说。“我们现在可以采用任意这些任意结构并挤压它们，并且所得效果的强度是可调的。我们在工具箱中添加了一个新的实验工具，用于操纵2D材料，该工具为创建设备提供了无限的可能性设计师的财产。“