研究人員利用壓力控制石墨烯晶體管的性能
通過壓縮氮化硼和石墨烯層，研究人員能夠提高材料的帶隙，使其更接近於在當今的電子器件中使用的一種可行的半導體。
哥倫比亞大學領導的國際研究團隊開發了一種壓縮石墨烯導電性的技術，使材料更接近於在當今電子設備中使用的可行半導體材料。
「石墨烯是我們在地球上知道的最好的電導體，」哥倫比亞大學物理系博士後研究科學家Matthew Yankowitz說，他是這項研究的第一作者。「問題是它太好導電，我們不知道如何有效地阻止它。我們的工作首次建立了一種在石墨烯上實現技術相關帶隙而不損害其質量的途徑。此外，如果應用到其他有趣的2-D材料的組合，我們使用的技術可能會導致新出現的現象，如磁性、超導性等。」
這項由國家科學基金會和戴維和盧西爾帕卡德基金會資助的研究發表在5月17日的《自然Nature》雜誌上。
石墨烯是一種由六方鍵合的碳原子組成的二維（2-D）材料，其獨特的電子特性自10多年前發現以來就激發了物理學界的興趣。石墨烯是已知的最強、最薄的材料。它也恰巧是一種優良的電導體。石墨烯中的碳原子的獨特原子排列使得它的電子能夠以極高的速度輕易地移動，而不會有明顯的散射機會，從而節省通常在其他導體中丟失的寶貴能量。
但是，在不改變或犧牲石墨烯的優良品質的情況下，關閉電子通過材料的傳輸已被證明是迄今為止沒有成功的。
「石墨烯研究的一個重大目標是找到一種方法來保持石墨烯所有的好東西，但也可以創造一個帶隙，一個電開關。」哥倫比亞大學物理系助理教授Cory Dean說，他是這項研究的主要研究者。他解釋說，過去修改石墨烯產生這種帶隙的努力已經降低了石墨烯固有的優良性能，使其變得不那麼有用。
然而，一個上層建築確實是有希望的。當石墨烯被夾在氮化硼（BN）層、原子薄的電絕緣體上，並且這兩種材料旋轉對準時，氮化硼已被證明能夠改變石墨烯的電子結構，從而產生能使材料表現為半導體的帶隙。即，作為一個電導體和絕緣體。然而，僅由這種分層產生的帶隙不夠大，不足以在室溫下在電晶體管器件的操作中使用。
為了增強這種能帶隙，Yangkigz，Dean和他們的同事在國家高磁場實驗室，韓國漢城大學和新加坡國立大學，壓縮了BN石墨烯結構的層，發現如果施加壓力就會增加其帶隙的大小，更有效地阻止了石墨烯的電流流動。
「當我們擠壓和施加壓力時，帶隙就會增長，」Yankowitz說。它仍然不是一個足夠大的帶隙，不足以用於室溫下的晶體管器件中一個足夠強大的開關，但是我們已經從根本上更好地理解了為什麼這種帶隙存在，它是如何被調諧的，以及我們將來可能如何瞄準它。晶體管在我們的現代電子設備中無處不在，所以如果我們能找到一種使用石墨烯作為晶體管的方法，它將有廣泛的應用。
Yankowitz補充說，科學家多年來一直在傳統的三維材料中進行高壓實驗，但還沒有人想出用2-D材料來進行實驗的方法。現在，研究人員將能夠測試如何應用不同程度的壓力改變大量的組合的性質，堆疊的2-D材料。
Yankowitz說：「由於材料的壓縮而產生的任何突發性物質都會隨著材料的壓縮而變強。我們可以採取任何這些任意結構現在和擠壓他們，結果的力量是可調的。我們在工具箱中添加了一個新的實驗工具來操作2-D材料，該工具為創建具有設計器屬性的設備打開了無限的可能性。
來源：https://phys.org/news/2018-05-properties-graphene-transistors-pressure.html
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