哥倫比亞大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的國際研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種技術(shù)，通過壓縮操縱石墨烯的導(dǎo)電性，使材料更接近成為當(dāng)今電子設(shè)備中可行的半導(dǎo)體。

“石墨烯是我們?cè)诘厍蛏现赖淖詈玫碾妼?dǎo)體，”哥倫比亞大學(xué)物理系博士后研究科學(xué)家，該研究的第一作者馬修·揚(yáng)科維茨說。“問題在于它在導(dǎo)電方面做得太好了，而且我們不知道如何有效地阻止它。我們的工作首次確立了在石墨烯中實(shí)現(xiàn)技術(shù)相關(guān)帶隙而不影響其質(zhì)量的途徑。此外，如果應(yīng)用于2D材料的其他有趣組合，我們使用的技術(shù)可能會(huì)導(dǎo)致新的突現(xiàn)現(xiàn)象，如磁性，超導(dǎo)性等。“

石墨烯是一種二維(2D)材料，由六角形鍵合的碳原子組成的不尋常的電子特性，自十多年前發(fā)現(xiàn)以來，已經(jīng)激發(fā)了物理界的興趣。石墨烯是已知存在的最強(qiáng)，最薄的材料。它也恰好是一種優(yōu)良的電導(dǎo)體 - 石墨烯中碳原子的獨(dú)特原子排列使其電子能夠以極高的速度輕松傳播而不會(huì)有很大的散射機(jī)會(huì)，從而節(jié)省了通常在其他導(dǎo)體中丟失的寶貴能量。

但是，迄今為止，關(guān)閉電子通過材料的傳輸而不改變或犧牲石墨烯的有利品質(zhì)已被證明是不成功的。

“石墨烯研究的一個(gè)重要目標(biāo)是找出一種方法來保持石墨烯的所有優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也創(chuàng)造一個(gè)帶隙 - 電氣開關(guān)，”哥倫比亞大學(xué)物理學(xué)助理教授Cory Dean說。和該研究的主要研究者。他解釋說，過去修改石墨烯以產(chǎn)生這種帶隙的努力已經(jīng)降低了石墨烯本質(zhì)上的良好性能，使其變得不那么有用。然而，一個(gè)上層建筑確實(shí)顯示出了希望。當(dāng)石墨烯夾在氮化硼(BN)層，原子級(jí)薄的電絕緣體和兩種材料旋轉(zhuǎn)對(duì)齊時(shí)，BN已被證明可以改變石墨烯的電子結(jié)構(gòu)，形成允許材料的帶隙表現(xiàn)為半導(dǎo)體 - 也就是說，作為電導(dǎo)體和絕緣體。然而，僅由該分層產(chǎn)生的帶隙不足以在室溫下用于電晶體管器件的操作。

為了加強(qiáng)這種帶隙，Yankowitz，Dean和他們?cè)趪腋叽艌?chǎng)實(shí)驗(yàn)室，韓國首爾大學(xué)和新加坡國立大學(xué)的同事壓縮了BN-石墨烯結(jié)構(gòu)層，發(fā)現(xiàn)施加壓力大大增加了帶隙的尺寸，更有效地阻止了通過石墨烯的電流。

“當(dāng)我們擠壓并施加壓力時(shí)，帶隙增大，”Yankowitz說。“它仍然沒有足夠大的差距 - 足夠強(qiáng)大的開關(guān) - 在室溫下用于晶體管器件，但我們已經(jīng)從根本上更好地了解了為什么這個(gè)帶隙存在于首位，它如何調(diào)整晶體管在我們的現(xiàn)代電子器件中無處不在，所以如果我們能找到一種方法將石墨烯用作晶體管，那么晶體管就會(huì)有廣泛的應(yīng)用。“

Yankowitz補(bǔ)充說，科學(xué)家們已經(jīng)在常規(guī)三維材料的高壓下進(jìn)行了多年的實(shí)驗(yàn)，但是還沒有人想出用2D材料做這些材料的方法?，F(xiàn)在，研究人員將能夠測(cè)試如何應(yīng)用各種程度的壓力來改變堆疊2D材料的各種組合的性質(zhì)。

“隨著材料的壓縮，任何由2D材料組合產(chǎn)生的緊急性能都會(huì)變得更強(qiáng)，”Yankowitz說。“我們現(xiàn)在可以采用任意這些任意結(jié)構(gòu)并擠壓它們，并且所得效果的強(qiáng)度是可調(diào)的。我們?cè)诠ぞ呦渲刑砑恿艘粋€(gè)新的實(shí)驗(yàn)工具，用于操縱2D材料，該工具為創(chuàng)建設(shè)備提供了無限的可能性設(shè)計(jì)師的財(cái)產(chǎn)。“