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美国海军研讨实验室设想了一种消费具有可调带构造的氮搀杂石墨烯低缺点法

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美国海军研讨实验室(NRL)的一组科学家曾经证实了高温离子注入(HyTII)能够作为氮原子搀杂石墨烯的有用手腕。这种方法能够消费出用于多种装备平台和使用的具有可调带构造的低缺点薄膜。

据研讨,高温离子注入(HyTII)办法供给了包罗搀杂浓度的高度掌握,而且第一次在双层石墨烯中经由过程搀杂单层石墨烯显现了注入深度的掌握。这进一步表白,所得到的薄膜具有高质量的电子运输性子,这能够仅仅经由过程改动构造来形貌,而不是利用其他办法来对缺点占主导地位的石墨烯薄膜停止搀杂或功用化。

搀杂或化学官能化能够为石墨烯增长一个可用的传输间隙,从而使之更适合于各类使用。但是,一般的办法常常消费出由偶然缺点困扰的薄膜,具有较低的稳定性或搀杂物和官能团笼盖不均匀,这些都极大限定了其使用而且低落了石墨烯薄膜固有的幻想性子。作为替换,美国海军研讨实验室的科学家开辟了这个具有必然精度的高温离子注入体系,经由过程间接交换来掌握搀杂石墨烯的注入氮(N+)从而实现其搀杂。

在他们的研讨中,研讨小组肯定了能够获得最高分数氮搀杂的高温离子能量范畴,同时最大限度地削减缺点,而且胜利地证实了高温离子注入(HyTII)历程中的固有深度掌握。为了实现后者,科学家们施行了一个双层石墨烯体系,包罗一层自然石墨烯,次要是C-12原子,在含量大于99%的C-13分解的石墨烯上分层。当用拉曼光谱分析时,这类双层质料供给了一个肯定被润饰层的办法。

由最好搀杂范围内的N+处置的薄膜制成的装备显现出从强局域到弱局域的改变,这取决于注入计量,表白注入氮具有改动薄膜固有性子的才能。进一步证实了注入装备优于同类原子搀杂器件的高质量电子,科学家们发明,对温度的依赖性能够经由过程一个带效应占主导地位的模子来拟合,这个模子同时思索了由替换搀杂发生的带效应和由缺点构成发生的类绝缘体效应。

使人惊奇的是,研究人员发明,较高的氮搀杂量能够避免电中性点四周穿插的绝缘举动。在大剂量注入时更有可能构成缺点,此时缺点仿佛才占主导地位,这进一步表白了真正搀杂的薄膜和之前缺点/搀杂薄膜之间的差别。研究人员指出:“我们对这些器件的丈量成果表白,我们终究制成了一个可和谐带隙、低缺点密度和高稳定性的石墨烯薄膜。我们因而揣测,高温离子注入石墨烯薄膜在电子大概自旋电子学使用中有宏大的潜力,这些使用中的高质量石墨烯要求具有一个传输大概带隙和高的载流子浓度。

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