利用應變改變石墨片電性
- 上線日期：2009/11/16 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
石墨片(graphene，又譯石墨烯)是高導電性材料，相當適合應用在電子元件上，不過它的超高導電性有時候反而會引發問題，那就是當元件處於關閉狀態時仍然會導通。最近西班牙和英國科學家發現，在石墨片上加應變(strain)有助於解決此難題。
石墨片是由蜂巢晶格狀的單層碳原子所組成，它是已知最薄的彈性材料，並且具有特殊的電學和力學性質。電子在石墨片上是以彈道式傳輸(ballistic transport)，因此有極高的遷移率，未來有機會取代矽做為半導體材料。
傳統積體電路在理想的關閉情態下，並不會耗電，但是石墨片元件在最佳的關閉條件下，仍會有繼續導通的情況。為解決此問題，研究人員提出了幾個對策，例如：利用奈米帶(nano ribbon)或量子點(quantum dot)，或是以化學的方式去調控石墨片，使其變成半導體性。雖然這兩種方式原則上可行，但要在石墨片能帶結構上打開一能隙，必會損及材料本身特性，使得電子不再是高電子遷移率的彈道式傳輸。
馬德里材料科學研究所的Paco Guinea表示，另一種作法是將材料稍微變形，應變會使石墨片在能帶結構上形成夠大的能隙，使其變成半導體之外，仍能保有其他特性。指導這項研究的曼徹斯特大學的Andrei Geim建議，可以將石墨片置於三角形的洞上並施加一壓力，或是朝三個方向拉伸，便可讓石墨片產生所需的應變。
研究人員表示，應變的效果相當於施加超過10 T的均勻強磁場，而這樣的應變材料會變成拓樸絕緣體(topological insulator)─塊材為半導體，邊緣卻是金屬性。這種新穎材料會是相當有趣的基礎科學研究題材。
上述應變屬於切形變(shear deformation)，另外石墨片晶格被壓縮或是伸展之處則會有電荷累積。Geim表示，該團隊目前仍在實驗上觀察此效應，未來計劃彎曲奈米石墨烯帶以產生彎曲能隙(bend gap)。詳見Nature Physics | doi:10.1038/nphys1420。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/40672
譯者:張倫瑋(清華大學電子工程學系)
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