石墨烯秒變寬帶隙半導(dǎo)體，只需添加這個(gè)元素

石墨烯秒變寬帶隙半導(dǎo)體，只需添加這個(gè)元素

少量的氟將白色石墨烯由絕緣體轉(zhuǎn)變成具有磁性的寬帶隙半導(dǎo)體。萊斯大學(xué)的科學(xué)家表示，這樣可以使獨(dú)特的材料適用于極端環(huán)境中的電子設(shè)備。

萊斯大學(xué)研究人員的一篇概念證明論文證實(shí)了將二維六方氮化硼（h-BN）（即白色石墨烯）從絕緣體轉(zhuǎn)變?yōu)榘雽?dǎo)體的方法。他們說(shuō)，磁性是一個(gè)意想不到的額外收獲。

由于原子薄的材料是一種特殊的熱導(dǎo)體，研究人員認(rèn)為它可能對(duì)高溫應(yīng)用中的電子產(chǎn)品有用，甚至可能是磁存儲(chǔ)器件。

萊斯大學(xué)的科學(xué)家Pulickel Ajayan表示：“h-BN是一種穩(wěn)定的絕緣體，在商業(yè)上非常有用，可用于保護(hù)涂層甚至在化妝品中，因?yàn)樗樟俗贤饩€。研究人員嘗試修改其電子結(jié)構(gòu)已經(jīng)付出了很多努力，但是我們認(rèn)為它不會(huì)成為半導(dǎo)體和磁性材料。所以這項(xiàng)研究是非常不同的，沒(méi)有人在h-BN中看到這種行為。”

研究人員發(fā)現(xiàn)，向h-BN添加氟，并引入到原子矩陣中的缺陷，從而減小了帶隙，使其成為半導(dǎo)體。帶隙決定材料的導(dǎo)電性。

萊斯大學(xué)博士后研究員兼合著者Chandra Sekhar Tiwary說(shuō)：“我們看到加入約5％的氟時(shí)，帶隙縮小了。隨著繼續(xù)增加氟，帶隙變小，但只是到了某一點(diǎn)。精確的控制氟是我們需要處理的。我們可以得到一個(gè)范圍，但還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)精確的控制。由于材料原子薄，一個(gè)原子減少或增多都會(huì)帶來(lái)相當(dāng)多的變化。在接下來(lái)的一組實(shí)驗(yàn)中，我們想要學(xué)會(huì)精確地調(diào)整原子。”

他們確認(rèn)，添加氟原子施加的張力改變了氮原子中電子的“自旋”，并影響了它們的磁矩，這些決定了原子如何像無(wú)形納米尺度羅盤那樣對(duì)磁場(chǎng)發(fā)生響應(yīng)。

賴斯大學(xué)的研究生兼主要作者Sruthi Radhakrishnan說(shuō)：“我們看到角度定向旋轉(zhuǎn)，這對(duì)于二維材料來(lái)說(shuō)非常不尋常。與對(duì)準(zhǔn)以形成鐵磁體或彼此抵消不同，自旋隨機(jī)傾斜，使平面材料隨機(jī)存儲(chǔ)凈磁性。這些鐵磁體或反鐵磁性存儲(chǔ)可以存在于相同的h-BN樣品中，這使得它們與競(jìng)爭(zhēng)的領(lǐng)域成為“沮喪的磁體”。

研究人員說(shuō)，他們這種簡(jiǎn)單、可擴(kuò)展的方法在其他2-D材料中具有潛在應(yīng)用價(jià)值。“通過(guò)納米工程制造新材料正是我們研究組所關(guān)注的。”Ajayan說(shuō)。（工業(yè)和信息化部電子第一研究所 張慧）

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