西安交大提出機械彎曲鐵電薄膜調控石墨烯摻雜方法

西安交大材料學院功能材料及自旋電子研究中心設計出一種新型全無機柔性石墨烯場效應晶體管(GFET),利用純機械應變和鐵電薄膜Pb0.92La0.08Zr0.52Ti0.48O3的撓曲電效應成功地實現了石墨烯摻雜濃度的可控,發現石墨烯的狄拉克點(VDirac)隨著GFET彎曲半徑(正向彎曲或反向彎曲)呈線性變化。

石墨烯由于其優越的化學穩定性、高的電子遷移率、機械柔性以及高透射率,被認為是一種有前途的高性能納米電子材料。特別是石墨烯的雙極特性(摻雜后石墨烯可以表現為n型或p型)使得其與現有電子器件具有很強的競爭力。到目前為止,人們對石墨烯摻雜進行了大量的研究,如不同氣體環境下的紫外輻射、離子液體/離子凝膠或氣體分子的吸收等,但這些摻雜都會引入第二相,是不可逆的。

針對上述問題,西安交通大學材料學院功能材料及自旋電子研究中心設計出一種新型全無機柔性石墨烯場效應晶體管(GFET),利用純機械應變和鐵電薄膜Pb0.92La0.08Zr0.52Ti0.48O3的撓曲電效應成功地實現了石墨烯摻雜濃度的可控,發現石墨烯的狄拉克點(VDirac)隨著GFET彎曲半徑(正向彎曲或反向彎曲)呈線性變化。相比于其他調控石墨烯摻雜的方法,本工作避免了雜化摻雜對石墨烯造成的破壞以及化學修飾摻雜帶來的其他物質吸附,且為可逆、可控的和柔性的。基于以上優點,全無機柔性石墨烯場效應晶體管不僅可以通過彎曲機械應力調控石墨烯摻雜,而且還可以根據柔性鐵電柵GFET的VDirac變化來檢測樣品的彎曲狀態。

這項研究成果以“Controlling the Dirac point voltage of graphene by mechanically bending the ferroelectric gate of graphene field effect transistor”為題,被材料科學領域國際知名期刊 Materials Horizons(IF=13.183)選為當期內封面發表。材料學院馬春蕊副教授和賈春林教授共同指導的博士生胡光亮為第一作者,馬春蕊副教授為通訊作者,參與該工作的還有西安交大劉明副教授、劉衛華教授以及堪薩斯大學吳朱迪(Judy Wu)教授。西安交通大學為該論文的第一作者和唯一通訊作者單位。該研究得到了國家自然科學基金重大專項、國家“973”項目、國家青年基金等支持。

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責任編輯:馬嘉悅
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