石墨烯＋六方氮化硼＝新的晶體管
2013-05-27 22:22:30 本站原創石墨烯(Graphene)自十幾年前誕生以來就一直讓科學家們著迷。這種僅僅一個原子厚度的碳元素材料擁有出色的電子特性、強度、超輕重量，用途也不斷拓寬，但是如何為其植入能隙(band gap/半導體或是絕緣體的價帶頂端至傳導帶底端的能量差距)，從而制造晶體管和其它電子設備，卻始終讓科研人員束手無策。
現在，麻省理工學院(MIT)的研究人員們在這方面取得了重大突破，甚至有望改變石墨烯物理學的一些理論預測。他們引入了另一種單原子厚度、屬性和石墨烯類似的材料六方氮化硼(hexagonal boron nitride)，并將一層石墨烯置于其上，最終得到的混合材料既有石墨烯的導電特性，還終于具備了建造晶體管所必需的能隙。
MIT物理系助教Pablo Jarillo-Herrero評論說：“通過綜合兩種材料，我們得到了屬性異于二者的混合材料。石墨烯是極好的導體，六方氮化硼則是很好的絕緣體，能夠阻擋電子流通。將它們放在一起，我們就得到了高質量的半導體。”
但整個過程顯然不是1+1=2那么簡單。研究人員必須幾乎完美地將兩種材料的原子框架對齊排列。它倆都有六邊形結構，尺寸(晶格常數)幾乎一樣，但六方氮化硼里的大了1.8%，所以從細處看兩種原子框架可以完美拼接在一起，從大尺度上看仍然會有些參差不齊。
目前對此還沒有完美的解決方法，研究人員說只能依賴于獲得角對齊，但總有大約1/15的幾率出錯。
MIT物理系教授Ray Ashoori表示：“所得半導體最驚人的是，只需略微調整一層材料和其它層的角度，就可以調整最終材料的屬性，從而獲得擁有各種不同電子屬性的材料。”
在此之前，還曾有人通過將石墨烯層切割成細條來使之變成半導體，但這樣會大幅削弱其電氣屬性。新的方法不會出現這種損失，只是目前產生的能隙還達不到實用水平，需要進一步改進才有望成為制造晶體管的新材料。
此外，MIT團隊還在新材料中發現了一種有趣的物理現象：將其暴露在磁場中時，就會呈現分形特質，也就是所謂的“霍夫施塔特蝴蝶能譜”，這種幾十年前理論預言的現象一度被認為是不可能存在的。
