Tunable and sizable band gap of single-layer graphene sandwiched between hexagonal boron nitride.

2012年2月17日 NPG Asia Materials 4, e2 (2012) doi:10.1038/am.2012.10


Jing Luをはじめとする研究チームはこのたび、単層グラフェンにおいて可変バンドギャップを開く方法を明らかにした。グラフェンは、原子1個分の厚さのハニカム状炭素層で、基礎物理学と実際的応用の両分野で多くの関心を集めてきた素材である。その優れた機械的・熱的・電気的特性は非常に魅力的だが、「バンドギャップ」が存在しないことが大きな欠点だ。バンドギャップとは材料の電子構造におけるエネルギーギャップのことで、バンドギャップがあれば導電性のオン・オフ切り替えが可能になる。単層グラフェンにバンドギャップを導入する試みはこれまでにもあったが、それらは概して構造や導電性を損なうものであった。今回、Luらは大がかりな計算によって、2枚のハニカム状窒化ホウ素(BN)層に挟まれた単層グラフェンの特性を調べた。その結果、特定の積層構造をとることでグラフェンに大きなバンドギャップが開き、さらに電場をかけることによって損傷をもたらすことなくバンドギャップを調節できることが明らかになったのだ。このサンドウィッチ構造は、電界効果トランジスターの構成要素として大いに期待できるだろう。

Ruge Quhe, Jiaxin Zheng, Guangfu Luo, Qihang Liu, Rui Qin, Jing Zhou, Dapeng Yu, Shigeru Nagase, Wai-Ning Mei, Zhengxiang Gao & Jing Lu

Graphene: Mind the gap
Jing Lu and co-workers have revealed how to open up a tunable band gap in single-layer graphene, the one-atom-thick honeycomb carbon layer that has sparked much interest both in fundamental physics and in practical applications. Although graphene's excellent mechanical, thermal and electrical properties are very attractive, one major drawback is its lack of ‘band gap’ — the energy gap in the electronic structure of a material that enables to switch its conductivity on and off. Previous attempts to create such a gap in single-layer graphene have typically damaged its structure or conductivity. Through extensive calculations, the researchers have now examined the properties of single-layer graphene when sandwiched between two honeycomb boron nitride (BN) layers. They revealed that for a specific positioning of the layers, a sizable band gap can be opened and further tuned by applying an electric field without causing damage, making the sandwich structure a promising component for field-effect transistors.


NPG Asia Materials ISSN 1884-4049(Print) ISSN 1884-4057(Online)