多层石墨烯存在吸附可调控的能隙

多层石墨烯存在吸附可调控的能隙

石墨烯具有极高的载流子迁移率，但其能隙为零，不能直接去做高表现的场效应管。打开石墨烯的能隙同时不失高的载流子迁移率是它走向电子器件应用的关键。北京大学物理学院吕劲课题组在他们用六角氮化硼夹住打开单层石墨烯能隙(《NPG Asia Materials 4, e6(2012)》；http://www.nature.com/doifinder/10.1038/am.2012.10)和表面吸附打开硅烯能隙(《Scientific Reports 2, 853(2012)》; http://www.nature.com/srep/2012/121114/srep00853/full/srep00853)的工作基础上，最近又提出通过单面吸附金属原子来打开多层石墨烯能隙的方案。基于密度泛函理论计算，他们发现：这种表面吸附方法可以在保有多层石墨烯高迁移率的同时，有效地破坏ABC堆积的多层石墨烯的对称性，从而打开带隙。通过调节吸附浓度和吸附剂的种类可以调节能隙的大小。值得一提的是，尽管传统的外加垂直电场是无法打开ABA堆积的多层石墨烯的能隙的，表面吸附方法可以通过破坏了石墨烯的键对称打开其能隙。通过对铜原子吸附的多层石墨烯场效应管模型的量子输运模拟也显示铜的吸附导致了一个明显的输运能隙。该理论为利用多层石墨烯作高表现的场效应管提供了一个新的实现途径。

图：通过单面吸附金属原子打开和调节多层石墨烯的能隙

相关工作最近发表在自然出版集团刊物《Scientific Reports 3, 1794 (2013)》上 (http://www.nature.com/srep/2013/130507/srep01794/full/srep01794.html)。北京大学前沿交叉学科研究院和物理学院的博士生屈贺如歌(已被瑞士联邦理工录取为联合培养博士生)与北京航空航天大学物理科学与核能工程学院的本科生马建华(已被佛吉尼亚大学录取为博士生)为论文的并列第一作者。合作者有物理学院的高政祥和史俊杰教授。

此外，吕劲课题组还和日本筑波大学的Akasaka教授合作，发现单壁纳米碳管的光反应速度与纳米碳管的手性密切有关：金属碳管的活性高于半导体碳管，而小直径的碳管活性高于大直径的纳米碳管。研究工作发表在Journal of the American Chemical Society 135, 6356 (2013).

上述研究工作得到了国家重大研究计划，教育部新世纪人才计划，国家自然科学基金以及人工微结构和介观物理国家重点实验室的支持。