激光為石墨烯進軍電子領域打開大門

作為一種單層碳原子晶體，石墨烯有著優良的物理性質和獨特的電子性質，但它的一個致命缺點是沒有帶隙，這讓它很難在電子設備中發揮作用。據美國物理學家組織網6月20日報道，來自阿根廷科爾多瓦國立大學、德國亞琛工業大學和西班牙巴塞羅那大學的一個聯合研究小組提出一種新設想：利用中紅外激光照射石墨烯，制造出人工動態帶隙。該研究有望為石墨烯材料進軍電子領域打開大門。論文發表在《應用物理快報》網站上。

　　石墨烯是一種零帶隙半導體，其性質表現就如同沒有帶隙，這意味著石墨烯無法作為控制電流的“開關”。而打開或關閉電流形成了計算機中1和0的編碼信息，這種“開關”功能對轉換器、晶體管等電子設備來說至關重要。“正是因為沒有帶隙，阻礙了石墨烯這種神奇材料的廣泛應用。”阿根廷科爾多瓦國立大學物理學家路易斯·福·托里斯說。

　　研究人員在論文中詳細分析了這一問題，解釋了激光場和石墨烯中電子相互作用的方式。根據他們的預測，用中紅外激光照射石墨烯材料，能在它的電子結構中產生可觀察到的帶隙。進一步，還可以通過控制激光的極性對帶隙進行調節。

    　福·托里斯解釋說，關鍵是怎樣通過石墨烯和激光場的相互作用，讓極化的光在石墨烯上“打開”帶隙。例如，讓電子從左到右進入被激光場照亮的區域，就會和激光相互作用，吸收或發射光子。這種相互作用導致了電子被反射或發生反向散射，如同撞到一堵“墻”上，這堵“墻”就是帶隙。它與通常的帶隙不同，是一種由激光產生的動態帶隙。

　　該研究在基礎研究和技術應用方面都具有重要意義。福·托里斯說：“石墨烯的特殊電子結構與激光相互作用，有助于誘導產生某些奇異態物質，如拓撲絕緣體（一種內部絕緣但表面導電性能良好的材料）。而從應用角度看，這種技術能帶來更多的光電設備新品種，將光轉換為電信號。”

　　研究人員表示，他們已經完成了精細的參數調整，如激光頻率、放大等，下一步就是通過實驗來證明該理論。
 

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