激光為石墨烯進軍電子領(lǐng)域打開大門

作為一種單層碳原子晶體，石墨烯有著優(yōu)良的物理性質(zhì)和獨特的電子性質(zhì)，但它的一個致命缺點是沒有帶隙，這讓它很難在電子設(shè)備中發(fā)揮作用。據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)6月20日報道，來自阿根廷科爾多瓦國立大學(xué)、德國亞琛工業(yè)大學(xué)和西班牙巴塞羅那大學(xué)的一個聯(lián)合研究小組提出一種新設(shè)想：利用中紅外激光照射石墨烯，制造出人工動態(tài)帶隙。該研究有望為石墨烯材料進軍電子領(lǐng)域打開大門。論文發(fā)表在《應(yīng)用物理快報》網(wǎng)站上。

　　石墨烯是一種零帶隙半導(dǎo)體，其性質(zhì)表現(xiàn)就如同沒有帶隙，這意味著石墨烯無法作為控制電流的“開關(guān)”。而打開或關(guān)閉電流形成了計算機中1和0的編碼信息，這種“開關(guān)”功能對轉(zhuǎn)換器、晶體管等電子設(shè)備來說至關(guān)重要。“正是因為沒有帶隙，阻礙了石墨烯這種神奇材料的廣泛應(yīng)用。”阿根廷科爾多瓦國立大學(xué)物理學(xué)家路易斯·福·托里斯說。

　　研究人員在論文中詳細分析了這一問題，解釋了激光場和石墨烯中電子相互作用的方式。根據(jù)他們的預(yù)測，用中紅外激光照射石墨烯材料，能在它的電子結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生可觀察到的帶隙。進一步，還可以通過控制激光的極性對帶隙進行調(diào)節(jié)。

    　福·托里斯解釋說，關(guān)鍵是怎樣通過石墨烯和激光場的相互作用，讓極化的光在石墨烯上“打開”帶隙。例如，讓電子從左到右進入被激光場照亮的區(qū)域，就會和激光相互作用，吸收或發(fā)射光子。這種相互作用導(dǎo)致了電子被反射或發(fā)生反向散射，如同撞到一堵“墻”上，這堵“墻”就是帶隙。它與通常的帶隙不同，是一種由激光產(chǎn)生的動態(tài)帶隙。

　　該研究在基礎(chǔ)研究和技術(shù)應(yīng)用方面都具有重要意義。福·托里斯說：“石墨烯的特殊電子結(jié)構(gòu)與激光相互作用，有助于誘導(dǎo)產(chǎn)生某些奇異態(tài)物質(zhì)，如拓撲絕緣體（一種內(nèi)部絕緣但表面導(dǎo)電性能良好的材料）。而從應(yīng)用角度看，這種技術(shù)能帶來更多的光電設(shè)備新品種，將光轉(zhuǎn)換為電信號。”

　　研究人員表示，他們已經(jīng)完成了精細的參數(shù)調(diào)整，如激光頻率、放大等，下一步就是通過實驗來證明該理論。
 

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