湖南博化石墨烯材料有限公司

　　[据IEEE波普网站2018年5月24日报道] 石墨烯可能是我们所知道的最好的电子导体。但是，作为纯导体，它不能像半导体硅那样能够阻止电子的流动。硅创建电流开/关状态的能力使得创造计算用的二进制数字逻辑“0”和“1”成为可能。

虽然许多人相信这几乎将石墨烯从数字逻辑应用的运行中剔除，数字逻辑应用依赖于电流的开启和关闭，但这并没有阻止研究人员寻找是否有办法将带隙设计到石墨烯中，使石墨烯可以像一个半导体。摩尔定律对硅片的压力太大，不能从各个角落寻找解决方案。

设计带隙的问题在于，以损害了石墨烯的电子性能为代价，这些是石墨烯最有吸引力的地方——尤其是高导电性。

现在，哥伦比亚大学的一个研究小组开发出了一种石墨烯基材料，具有显着的带隙，而不牺牲其有吸引力的电子性能。

据发表在“自然”杂志中的文章所述，哥伦比亚大学的研究人员创造了所谓的范德华（vdW）异质结构——使用称为“范德瓦耳斯力”的原子尺度力将不同二维（2D）材料结合在一起。研究人员对这些vdW异质结构出现带隙的原因以及如何修改二维层之间的堆叠以打开更大的带隙，提供了更深一层的理解。

研究人员试验了由石墨烯包裹在两片绝缘体氮化硼片之间构成的vdW异质结构。采用的新技术是将静水压力（均匀）应用于这种叠层2D材料。他们用一种称为“活塞—气缸压力传感器”的设备来实现。

“实际上，异质结构位于聚四氟乙烯杯内的油浴中，而且这个杯子处于受压状态，因此杯子内部具有均匀的高压。”哥伦比亚博士后研究科学家MatthewYankowitz解释说。

根据Yankowtiz的说法，这种压力的施加可将异质结构的二维层材料彼此靠得更近。

“这是本研究最重要的一点 - 我们已经知道多年来，将各种2D材料堆叠在彼此之上可导致新颖的电子性质，这与在任何单一材料中发现的电子性质不同，并且这种效应来自相邻材料层之间的电子耦合。”Yankowitz说。“现在施加压力使我们能够调整层间电子耦合的强度，并因此通过控制2D层相互之间的紧密程度调整vdW异质结构的特性。”

一般而言，为了使带隙能够有效阻止晶体管中的电流，电子伏特（eV）（电子不能通过材料传导电能的能垒的量值）的测量值应远大于室温下电子热涨落的能量。例如，在硅中带隙约为1.1eV，而室温波动约为0.025eV。

Yankowitz承认，用他们的新方法，只能实现略超过0.05eV的带隙，这还远远不够用。然而，这比以前石墨烯/氮化硼vdW异质结构仅达到0.035eV的带隙来讲，已显着增加。尽管离硅的1.1eV带隙还有很远的距离，但Yankowitz认为这项研究是第一步。

“我们的结果表明，通过施加更大的压力，我们可以使带隙更大。更重要的是，我们首次对存在这种带隙的原因有了更清楚的认识，这可以帮助我们更有效地确定如何在不施加压力的情况下增加带隙。”Yankowitz说。

西班牙最近的研究表明，可以从“自下而上”生长石墨烯，从而开始使石墨烯具有类似硅1.1eV的带隙。

Yankowitz对这一系列研究印象深刻，特别是他们报告说他们已经完成了基于该材料的室温下工作的概念验证器件。然而，Yankowitz指出，他们不得不在石墨烯晶格中引入显着的混乱，牺牲了材料的高电子质量。 “理想情况下，我们希望有一个很大的带隙，同时保留原始的自由无序的石墨烯晶格。我们的工作正朝着这个方向发展，但不幸的是，带隙仍然很小，甚至无法用于创建一种现在可以在室温下工作的设备，而且我们如何能做到这一点并不明显。”Yankowitz说。在未来的研究中，Yankowitz和他的同事们将测试其他各种具有理想电子属性的2D材料。 通过混合和匹配2D材料实现定制电子属性，这将成为未来工作的重点。Yankowitz补充说：“我们的研究更普遍地表明，任意二维vdW异质结构的性质可以随着压力调谐，只要它们以某种方式依赖于它们的层间相互作用耦合。这为利用压力在这些2D vdW异质结构中制造“设计”电子性质开辟了一条新途径，并且应该使我们诱导和/或控制新颖器件性质，包括磁性、超导性等。（工业和信息化部电子第一研究所 张慧）