2009年6月11日
今天的晶体管和发光二极管(LED)是基于硅和砷化镓半导体,具有固定的电子和光学性质。
现在,加州大学伯克利分校,研究人员表明,碳的一种形式称为石墨烯电子结构,可以由一个电场控制,产生影响,可以利用可调电子和光子设备。
尽管这些属性预测双层石墨烯,这是第一次证明双层石墨烯展品电动磁场诱导,一般可调隙,根据主要作者风王,加州大学伯克利分校物理系助理教授。
材料的能带之间的能量差是居住在电子材料的两个最重要国家——价带和导带的州,它决定了材料的电子和光学性质。
“真正的突破材料科学是第一次你可以使用电场关闭了能带欧洲杯足球竞彩隙和开放。欧洲杯线上买球没有其他材料可以做到这一点,只有双层石墨烯,”王说。
因为优化双层石墨烯的能带隙可以把它从金属到半导体,一平方毫米板双层石墨烯可能持有数以百万计的不同调整电子设备,可以重新配置,他说。
王,博士后研究员张华盈元博大,研究生Tsung-Ta唐和加州大学伯克利分校的劳伦斯伯克利国家实验室(LBNL)的同事们报告他们的成功在6月11日的《自然》杂志。
”之间的根本区别是金属和半导体能带,它允许我们创建半导体设备,”合著者Michael Crommie说,加州大学伯克利分校的物理学教授。”的能力,简单地说两个电极之间的材料,应用电场和改变能带是一个巨大的交易和凝聚态物理中的一个主要的进步,因为这意味着在一个设备配置我们可以动态地改变能带通过发送一个电信号的材料。”
石墨烯是一张碳原子,每个原子化学连着三个邻国产生一个六角形阵列看起来像铁丝网。以来首次分离出石墨,铅笔芯的材料,在2004年,它一直是一个热门话题的研究,部分原因是固体理论预测不同寻常的电子特性,包括硅的高电子迁移率超过10倍。
属性,使其成为良导体——其零隙——也意味着它总是。
“做出任何电子设备,像一个晶体管,你需要打开或关闭,”张说。”但在石墨烯中,尽管你有高电子迁移率和可以调节导,你不能关掉它使一个有效的晶体管”。
半导体,例如,可以关闭,因为有限的电子价带和导带之间的能带。
虽然单层石墨烯具有零隙,两层石墨烯一起理论上应该有一个变量控制的能带一个电场,王说。以前的双层石墨烯实验,然而,未能证明预测能带结构,可能是因为杂质。研究人员获得石墨烯与一个非常简单的方法:他们把石墨,像这样用铅笔铅、诽谤它表面,覆盖和透明胶带扯掉它。胶带剪石墨,这只是数十亿层的石墨烯,生产单,以及多层石墨烯。
王、张、唐和他们的同事们决定构建双层石墨烯与两个电压盖茨,而不是一个。当门电极连接到顶部和底部的双分子层和电气连接(源和排水管)双层床单的边缘,研究人员能够打开和调优能带仅仅通过改变控制电压。
团队还显示,它可以改变石墨烯的另一个关键属性,其费米能级,即占领电子状态的最大能量,控制材料的电子密度。
”盖茨与顶部和底部双层石墨烯,可以独立控制半导体中最重要的两个参数:你可以改变电子结构不断改变能带,和独立控制电子掺杂不同费米能级,”王说。
因为的杂质和缺陷在当前设备,石墨烯的电子性质并不反映内在的石墨烯的属性。相反,研究人员利用带隙材料的光学性质:如果你正确的颜色的发光材料,价电子吸收光和跳过隙。欧洲杯足球竞彩
在石墨烯中,最大的能带隙研究者可以生产250 milli-electron伏特(兆电子伏)。(相比之下,半导体锗硅有大约740和1200伏,带隙,分别)。把双层石墨烯在高强度的红外光束由劳伦斯的先进光源(肌萎缩性侧索硬化症),研究人员看到预测能带能量吸收,确认它的可调性。
因为0到250伏隙范围允许将石墨烯调谐不断从金属到半导体,研究者预计将一张双层石墨烯转化为一个动态集成电子设备数以百万计的盖茨沉积在顶部和底部。
“你所需要的只是一堆盖茨的职位,你可以改变任何金属或半导体位置,也就是说,导致进行电子或晶体管,”张说。“基本上,你不制造任何电路,然后通过应用门电压,可以实现任何你想要的电路。这给你极端的灵活性。”
“这将是未来的梦想,”王说。
根据所使用的光刻技术,每个门的大小可能远小于1微米- 1000000计允许数以百万计的独立的电子设备在一个平方毫米的双层石墨烯。
王、张还预见光学应用程序,因为零意味着石墨烯- 250伏隙发光二极管发出的频率在遥远的地方,中红外范围。最终,它甚至可以用于激光材料产生频率从太赫兹到红外的光。欧洲杯足球竞彩
“很难找到材料,生成红外光线,更不用说一个可调光源,”王说。欧洲杯足球竞彩
Crommie指出,固态物理学家将有一个领域研究双层石墨烯的不同寻常的特性。首先,电子在单层石墨烯似乎表现得好像他们没有质量和像粒子的光——光子。欧洲杯猜球平台可调双层石墨烯的电子突然充当如果他们有质量随隙。
“这不仅仅是一个技术进步,这也开启了大门一些非常新的和潜在的有趣的物理,“Crommie说。
王、张、唐和他们的同事们继续探索石墨烯的电学性能和可能的电子设备。