多層石墨烯存在吸附可調控的能隙

石墨烯具有極高的載流子遷移率，但其能隙為零，不能直接去做高表現的場效應管。打開石墨烯的能隙同時不失高的載流子遷移率是它走向電子器件應用的關鍵。beat365官方网站呂勁課題組在他們用六角氮化硼夾住打開單層石墨烯能隙(《NPG Asia Materials 4, e6(2012)》；http://www.nature.com/doifinder/10.1038/am.2012.10)和表面吸附打開矽烯能隙(《Scientific Reports 2, 853(2012)》; http://www.nature.com/srep/2012/121114/srep00853/full/srep00853)的工作基礎上，最近又提出通過單面吸附金屬原子來打開多層石墨烯能隙的方案。基于密度泛函理論計算，他們發現：這種表面吸附方法可以在保有多層石墨烯高遷移率的同時，有效地破壞ABC堆積的多層石墨烯的對稱性，從而打開帶隙。通過調節吸附濃度和吸附劑的種類可以調節能隙的大小。值得一提的是，盡管傳統的外加垂直電場是無法打開ABA堆積的多層石墨烯的能隙的，表面吸附方法可以通過破壞了石墨烯的鍵對稱打開其能隙。通過對銅原子吸附的多層石墨烯場效應管模型的量子輸運模拟也顯示銅的吸附導緻了一個明顯的輸運能隙。該理論為利用多層石墨烯作高表現的場效應管提供了一個新的實現途徑。

相關工作最近發表在自然出版集團刊物《Scientific Reports 3, 1794 (2013)》上 (http://www.nature.com/srep/2013/130507/srep01794/full/srep01794.html)。beat365前沿交叉學科研究院和beat365的博士生屈賀如歌(已被瑞士聯邦理工錄取為聯合培養博士生)與北京航空航天大學物理科學與核能工程學院的本科生馬建華(已被佛吉尼亞大學錄取為博士生)為論文的并列第一作者。合作者有beat365的高政祥和史俊傑教授。

此外，呂勁課題組還和日本築波大學的Akasaka教授合作，發現單壁納米碳管的光反應速度與納米碳管的手性密切有關：金屬碳管的活性高于半導體碳管，而小直徑的碳管活性高于大直徑的納米碳管。研究工作發表在Journal of the American Chemical Society 135, 6356 (2013).

上述研究工作得到了國家重大研究計劃，教育部新世紀人才計劃，國家自然科學基金以及人工微結構和介觀物理國家重點實驗室的支持。