石墨烯＋六方氮化硼＝新的晶體管

石墨烯(自十幾年前誕生以來(lái)就一直讓科學(xué)家們著迷。這種僅僅一個(gè)原子厚度的碳元素材料擁有出色的電子特性、強(qiáng)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(dǎo)體或是絕緣體的價(jià)帶頂端至傳導(dǎo)帶底端的能量差距)，從而制造晶體管和其它電子設(shè)備，卻始終讓科研人員束手無(wú)策。 現(xiàn)在，麻省理工學(xué)院(MIT)的研究人員們?cè)谶@方面取得了重大突破，甚至有望改變石墨烯物理學(xué)的一些理論預(yù)測(cè)。

他們引入了另一種單原子厚度、屬性和石墨烯類(lèi)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(dǎo)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(píng)論說(shuō)：“通過(guò)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(dǎo)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(zhì)量的半導(dǎo)體。

但整個(gè)過(guò)程顯然不是1＋1＝2那么簡(jiǎn)單。研究人員必須幾乎完美地將兩種材料的原子框架對(duì)齊排列。它倆都有六邊形結(jié)構(gòu)，尺寸(晶格常數(shù))幾乎一樣，但六方氮化硼里的大了1.8％，所以從細(xì)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(huì)有些參差不齊。目前對(duì)此還沒(méi)有完美的解決方法，研究人員說(shuō)只能依賴于獲得角對(duì)齊，但總有大約1/15的幾率出錯(cuò)。

MIT物理系教授Ray Ashoori表示：“所得半導(dǎo)體最驚人的是，只需略微調(diào)整一層材料和其它層的角度，就可以調(diào)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(guò)將石墨烯層切割成細(xì)條來(lái)使之變成半導(dǎo)體，但這樣會(huì)大幅削弱其電氣屬性。新的方法不會(huì)出現(xiàn)這種損失，只是目前產(chǎn)生的能隙還達(dá)不到實(shí)用水平，需要進(jìn)一步改進(jìn)才有望成為制造晶體管的新材料。

此外，MIT團(tuán)隊(duì)還在新材料中發(fā)現(xiàn)了一種有趣的物理現(xiàn)象：將其暴露在磁場(chǎng)中時(shí)，就會(huì)呈現(xiàn)分形特質(zhì)，也就是所謂的“霍夫施塔特蝴蝶能譜”，這種幾十年前理論預(yù)言的現(xiàn)象一度被認(rèn)為是不可能存在的。