石墨烯能堆疊出能隙

美國研究人員最近發現,多層石墨烯(graphene)的堆疊方式可控制該材料的導電性,使呈現金屬性或絕緣性。由於理論計算預測多層石墨烯不論堆疊方式為何必為金屬性,此實驗結果特別令人意外,然而它也顯示了此材料的導電性可透過改變堆疊方式加以控制,這一點在實際元件應用上將會很重要。

石墨烯為單原子厚的平面碳材料,其獨特的電子、機械與熱性質使其成為製作未來分子電子元件的理想材料。近來,研究人員紛紛將注意力轉向多層石墨烯,並預期該材料層與層之間存在的強化電子交互作用,會讓他們發現更多特殊性質。

三層石墨烯有ABA及ABC兩種不同的堆疊方式,差異在於上層石墨烯相較於下層平移了一個鍵長。在這類多層結構中,堆疊方式對結構的電子性質具有莫大的影響。根據理論計算,ABA石墨烯為半金屬性,具有可調控的能帶重疊(band overlap),而ABA石墨烯則為半導體,具有可調變的能隙。加州大學河濱分校的Jeanie Lau等人最近測量多層石墨烯的傳輸性質,卻發現一些不符預期的結果:ABA石墨烯具金屬特性,而ABC石墨烯則為絕緣體。

研究人員先將石墨烯被置於矽/二氧化矽的基板上或是懸掛在基板的溝渠之上,並利用遮罩蒸鍍上電極,然後測量元件的導電率,結果發現非懸掛式元件的場效遷移率(field effect mobility)在210到1900 cm2/Vs之間,而懸掛樣本則在5000到280,000 cm2/V。

測量結果顯示ABC石墨烯具有本質能隙,可能來自多層系統之間強化的電子交互作用。石墨烯的能隙存在與否是其應用在電子元件上的關鍵因素。 Lau指出,他們的研究顯示改變石墨烯的堆疊方式就能調整石墨烯的電性。

該團隊目前正著手研究ABC石墨烯的絕緣態,並積極了解外加電場與磁場對三層石墨烯傳輸性質的影響。詳見Nature Physics | doi:10.1038/nphys2103。

譯者:劉家銘(逢甲大學光電學系)
責任編輯:蔡雅芝

原始網站:Stacks open up bandgap ,本文來自奈米科學網


泛科學自製商品

【時時科科.2020】桌曆+線裝筆記本預購最後倒數!

從內子宮到外太空,科學離不開我們生活中的時時刻刻,時光走入西元 2020,讓泛科學也走入你生活的每一天!【時時科科 2020桌曆】 精選不容錯過的科學日,讓你記下屬於自己的重要日程,也記下科學史上的精彩片段。


🚀 泛科學院獨家線上新課募資 🚀 限量55折預購

【好好說話,做自己的口才教練!10堂一生受用的口語表達課】

「上台說話報告時腦袋一片空白嗎?與人對談尷尬癌就發作?如何清楚表達自己想說的話?怎麼說話才能抓住人心讓人印象深刻呢?」泛科學院與榮恩同樂會共同合作,從表達的心法到語言聲韻的技巧掌握,讓你找到自信,在家就可練出好口才!

關於作者

主要任務是將歐美日等國的尖端奈米科學研究成果以中文轉譯即時傳遞給國人,以協助國內研發界掌握最新的奈米科技脈動,同時也有系統地收錄奈米科技相關活動、參考文獻及研究單位、相關網站的連結,提供產學界一個方便的知識交流窗口。網站主持人為蔡雅芝教授。

網站更新隱私權聲明
本網站使用 cookie 及其他相關技術分析以確保使用者獲得最佳體驗,通過我們的網站,您確認並同意本網站的隱私權政策更新,了解最新隱私權政策