激光技术将为下一代电子产品打开使用坚硬材料的大门！此前就研究人员发现了一种超薄材料，其强度至少是钢的100倍，是最著名的热和电导体。这意味着石墨烯这种材料可以带来比硅更快的电子器件。但要想真正发挥作用，石墨烯需要携带一种能够开关的电流，就像计算机芯片上数十亿晶体管的硅一样。这种切换创建了由0和1组成的字符串，计算机用于处理信息。
普渡大学(Purdue University)研究人员与密歇根大学(University of Michigan)和华中科技大学(Huazhong University of Science and Technology)合作，展示了激光技术如何能永久性地对石墨烯施加压力，使其形成允许电流流动的结构。这种结构就是所谓的“带隙”，电子需要跨越这个间隙才能成为传导电子，这使得它们能够携带电流，但石墨烯本身并没有带隙。普渡大学研究人员创造并扩大了石墨烯的带隙，使其达到创纪录的2.1电子伏特。
要像硅这样的半导体那样发挥作用，带隙至少需要达到之前记录的0.5电子伏特。普渡大学工业工程学教授Gary Cheng说：这是第一次在不影响石墨烯本身的情况下，比如通过化学掺杂，实现如此高的能带隙。带隙的存在使半导体材料在绝缘或导电之间切换，这取决于电子是否被推过带隙。超过0.5电子伏特的石墨烯在下一代电子设备中具有更大的潜力，其研究发现现在发表在《先进材料》上。
（博科园-图示）石墨烯，一种超级坚硬的神奇材料，还没有被制成电子产品，因为它本身不导电。研究人员利用激光技术将石墨烯永久地压入允许电流流动的结构中。图片：Purdue University/Gary Cheng
过去的研究人员只是简单地拉伸石墨烯来打开带隙，但仅仅拉伸并不能很大程度上扩大带隙。需要永久性地改变石墨烯的形状，以保持带隙的开放。现在研究人员不仅使石墨烯的带隙保持开放，而且使带隙宽度从0调整到2.1电子伏特，使科学家和制造商可以根据材料的用途选择只使用石墨烯的某些特性。研究人员使用一种名为激光冲击印记的技术，使石墨烯中的带隙结构永久存在。Cheng和哈佛大学、马德里高级研究所和加州大学圣地亚哥分校的科学家们共同开发了这种技术。
在这项研究中，研究人员使用激光制造了穿透石墨烯底层的冲击波脉冲。激光冲击将石墨烯拉伸到沟槽状的模具上，并永久成形。调节激光功率，调节带隙。尽管石墨烯还远远没有应用到半导体器件中，但这项技术在利用材料的光学、磁性和热学特性方面提供了更大的灵活性。高分辨率成像和拉曼光谱揭示了应变对石墨烯原子和电子结构的影响，第一原理模拟预测了测量到的带隙开口。将半金属石墨烯激光激波调制成带隙可控的半导体材料，具有造福电子和光电子产业的潜力。
博科园｜研究/来自：普渡大学
参考期刊《
Advanced Materials
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DOI: 10.1002/adma.201900597
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