石墨烯+六方氮化硼＝新的晶体管
2013-05-27 10:45:45 Loading 作者：上方文Q
石墨烯(Graphene)自十几年前诞生以来就一直让科学家们着迷。这种仅仅一个原子厚度的碳元素材料拥有出色的电子特性、强度、超轻重量，用途也不断拓宽，但是如何为其植入能隙(band gap/半导体或是绝缘体的价带顶端至传导带底端的能量差距)，从而制造晶体管和其它电子设备，却始终让科研人员束手无策。
现在，麻省理工学院(MIT)的研究人员们在这方面取得了重大突破，甚至有望改变石墨烯物理学的一些理论预测。他们引入了另一种单原子厚度、属性和石墨烯类似的材料六方氮化硼(hexagonal boron nitride)，并将一层石墨烯置于其上，最终得到的混合材料既有石墨烯的导电特性，还终于具备了建造晶体管所必需的能隙。
MIT物理系助教Pablo Jarillo-Herrero评论说：“通过综合两种材料，我们得到了属性异于二者的混合材料。石墨烯是极好的导体，六方氮化硼则是很好的绝缘体，能够阻挡电子流通。将它们放在一起，我们就得到了高质量的半导体。”
但整个过程显然不是1＋1＝2那么简单。研究人员必须几乎完美地将两种材料的原子框架对齐排列。它俩都有六边形结构，尺寸(晶格常数)几乎一样，但六方氮化硼里的大了1.8％，所以从细处看两种原子框架可以完美拼接在一起，从大尺度上看仍然会有些参差不齐。
目前对此还没有完美的解决方法，研究人员说只能依赖于获得角对齐，但总有大约1/15的几率出错。
MIT物理系教授Ray Ashoori表示：“所得半导体最惊人的是，只需略微调整一层材料和其它层的角度，就可以调整最终材料的属性，从而获得拥有各种不同电子属性的材料。”
在此之前，还曾有人通过将石墨烯层切割成细条来使之变成半导体，但这样会大幅削弱其电气属性。新的方法不会出现这种损失，只是目前产生的能隙还达不到实用水平，需要进一步改进才有望成为制造晶体管的新材料。
此外，MIT团队还在新材料中发现了一种有趣的物理现象：将其暴露在磁场中时，就会呈现分形特质，也就是所谓的“霍夫施塔特蝴蝶能谱”，这种几十年前理论预言的现象一度被认为是不可能存在的。
研究团队