【综述】界面调控打开石墨烯带隙

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石墨烯是一种由单层碳原子组成的二维材料，具有优异的电学性能、极高的热导率、超强的力学性能、超高的透光率等性质，在电子信息、能源、功能材料、航空航天、节能环保、生物医药等领域都拥有巨大的应用潜力。石墨烯超高的载流子迁移率使其在未来电子学领域具有极其诱人的应用前景。但是，由于石墨烯的本征能带结构并不具有带隙，无法做出具有实际意义开关比的器件，石墨烯的杀手锏级应用一直迟迟无法到来。因此，如何在保证石墨烯各项优良性能的同时，为其打开一个可观的带隙尤为重要。

近日，北京大学物理学院的刘开辉研究员课题组与合作者一起对这一问题进行了系统的分析和总结。他们将石墨烯打开带隙的方法分为“化学调控”和“物理调控”两大类。其中，物理调控保持了石墨烯的本征晶体结构，而化学调控则往往会破坏石墨烯的晶格。目前，化学调控方法主要包括引入掺杂或缺陷、化学吸附、功能化基团的修饰、引入量子限制等；物理调控方法则主要包括外加电场、施加应力、引入衬底的相互作用、调控石墨烯中的多体相互作用、自旋-轨道耦合效应等。

文章还分析了物理调控和化学调控方法的优缺点及其相互关系：物理调控可以在打开石墨烯带隙的同时，尽可能地保留各项优异的性质；化学调控虽然会破坏石墨烯的晶格，却更易于规模化生产。物理调控和化学调控既截然不同，又相辅相成，犹如太极的阴、阳两仪。将化学调控和物理调控相结合可能是未来的一个重要研究方向。该论文系统地综述了近些年石墨烯打开带隙的重要研究成果，旨在为高质量石墨烯电子器件的制备提供新思路、新方法，推动基于石墨烯的新一代半导体产业的进程。

该文章作为邀请综述发表在Chemical Society Reviews 上，并被选为当期的封面文章。论文的共同第一作者是北京大学的博士后徐小志、博士生刘畅、本科生孙彰昊。相关工作得到基金委与科技部相关项目（51522201、11474006、2016YFA0300903、2016YFA0300802等）以及介观物理国家重点实验室、北京大学物理学院和量子材料科学中心等的大力支持。

论文封面：在“太极阴阳鱼”的作用下，石墨烯能带打开、产生带隙

该论文作者为：Xiaozhi Xu, Chang Liu, Zhanghao Sun, Ting Cao, Zhihong Zhang, Enge Wang, Zhongfan Liu, Kaihui Liu

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Interfacial engineering in graphene bandgap

Chem. Soc. Rev., 2018, 47, 3059, DOI: 10.1039/C7CS00836H

导师介绍

刘开辉

http://www.x-mol.com/university/faculty/46696

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