石墨烯具有較高的電子遷移率、柔性和穩(wěn)定性，在下一代電子技術(shù)的發(fā)展中具有重要意義。然而，由于不存在帶隙，石墨烯晶體管的導(dǎo)電/截止電流比很差。引入能隙的一種方法是使用氫化反應(yīng)，該反應(yīng)將石墨烯轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂衧p
3鍵的絕緣石墨烷。在這里，我們表明，在包含離解氫離子的有機(jī)液體電解質(zhì)中，通過(guò)可逆的電化學(xué)加氫作用，電場(chǎng)可用于控制微尺度石墨烯中的導(dǎo)體到絕緣體的轉(zhuǎn)變。完全氫化的石墨烯具有200 GΩ sq
-1的較低薄層電阻極限，因此在室溫下，石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管的導(dǎo)電/截止電流比為108。該器件還具有很高的耐用性，具有高達(dá)1百萬(wàn)次的開(kāi)關(guān)周期。在雙層石墨烯中也觀察到類(lèi)似的絕緣行為，而三層石墨烯在氫化后仍保持高導(dǎo)電性。石墨烯晶格的變化，以及從sp
2到sp
3雜交的轉(zhuǎn)變，通過(guò)原位拉曼光譜法得到證實(shí)，并得到第一性原理的計(jì)算支持。
Fig. 1 MLG中可逆加氫的電場(chǎng)控制。
Fig. 2 氫化MLG絕緣和開(kāi)關(guān)行為的表征。
Fig. 3 BLG和TLG中可逆加氫的電場(chǎng)控制。
Fig. 4 氫化的MLG，BLG和TLG的DFT計(jì)算。
相關(guān)研究成果于2021年由清華大學(xué)Jinsong Zhang?課題組，發(fā)表在Nature Electronics（https://doi.org/10.1038/s41928-021-00548-2）上。原文：Large transport gap modulation in graphene via electric-field-controlled reversible hydrogenation。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號(hào)
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