人工动态带隙制造新设想 中红外激光照射石墨烯

作为一种单层碳原子晶体，石墨烯有着优良的物理性质和独特的电子性质，但它的一个致命缺点是没有带隙，这让它很难在电子设备中发挥作用。据美国物理学家组织网6月20日报道，来自阿根廷科尔多瓦国立大学、德国亚琛工业大学和西班牙巴塞罗那大学的一个联合研究小组提出一种新设想：利用中红外激光照射石墨烯，制造出人工动态带隙。该研究有望为石墨烯材料进军电子领域打开大门。论文发表在《应用物理快报》网站上。

石墨烯是一种零带隙半导体，其性质表现就如同没有带隙，这意味着石墨烯无法作为控制电流的“开关”。而打开或关闭电流形成了计算机中1和0的编码信息，这种“开关”功能对转换器、晶体管等电子设备来说至关重要。“正是因为没有带隙，阻碍了石墨烯这种神奇材料的广泛应用。”阿根廷科尔多瓦国立大学物理学家路易斯•福•托里斯说。

研究人员在论文中详细分析了这一问题，解释了激光场和石墨烯中电子相互作用的方式。根据他们的预测，用中红外激光照射石墨烯材料，能在它的电子结构中产生可观察到的带隙。進一步，还可以通过控制激光的极性对带隙进行调节。

福•托里斯解释说，关键是怎样通过石墨烯和激光场的相互作用，让极化的光在石墨烯上“打开”带隙。例如，让电子从左到右进入被激光场照亮的区域，就会和激光相互作用，吸收或发射光子。这种相互作用导致了电子被反射或发生反向散射，如同撞到一堵“墙”上，这堵“墙”就是带隙。它与通常的带隙不同，是一种由激光产生的动态带隙。

该研究在基础研究和技术应用方面都具有重要意义。福•托里斯说：“石墨烯的特殊电子结构与激光相互作用，有助于诱导产生某些奇异态物质，如拓扑绝缘体(一种内部绝缘但表面导电性能良好的材料)。而从应用角度看，这种技术能带来更多的光电设备新品种，将光转换为电信号。”

研究人员表示，他们已经完成了精细的参数调整，如激光频率、放大等，下一步就是通过实验来证明该理论。

（科技日报）