巴塞尔大学的研究人员表示，石墨烯的电子特性可以通过均匀拉伸材料来进行特别修改。这些结果为开发新型电子元件打开了大门。
石墨烯由排列成六边形晶格状的单层碳原子组成。这种材料非常灵活，具有出色的电子特性，使其对众多应用——尤其是电子元件——具有吸引力。
由瑞士纳米科学研究所和巴塞尔大学物理系的 Christian Schönenberger 教授领导的研究人员研究了如何通过机械拉伸来操纵材料的电子特性。为了做到这一点，他们开发了一种架子，通过它以可控的方式拉伸原子级薄的石墨烯层，同时测量其电子特性。
当从下方施加压力时，组件会弯曲。这导致嵌入的石墨烯层伸长并改变其电特性。（图片：巴塞尔大学/SNI）
架子上的三明治
科学家们首先制作了一个“三明治”夹层，在两层氮化硼之间有一层石墨烯。提供有电触点的组件被施加到柔性基板上。
图1. 应变诱导标量势的示意图
然后研究人员使用楔子从下方向三明治的中间施加压力。“我们用它以受控方式弯曲组件并延长整个石墨烯层”，第一作者 Lujun Wang 博士解释说。
“拉伸石墨烯使我们能够选择性地改变碳原子之间的距离，从而改变它们的结合能，”该实验研究人员 Andreas Baumgartner 博士补充道。
改变的电子状态
研究人员首先使用光学方法校准了石墨烯的拉伸。然后他们使用电传输测量来研究石墨烯的变形如何改变电子能量。这些测量需要在零下 269°C 下进行，才能看到能量变化。
图2. 能级示意图。a 未应变石墨烯和 b 应变（绿色阴影）石墨烯在电荷中性点 (CNP) 处的器件能级图。
“原子核之间的距离直接影响石墨烯中电子态的特性，”Baumgartner 总结了结果。“如果拉伸是均匀的，只有电子速度和能量可以改变。能量的变化本质上是理论预测的‘标量势’，我们现在已经能够通过实验证明这一点。”
可以想象，这些结果将导致传感器或新型晶体管的开发。此外，石墨烯作为其他二维材料的模型系统，近年来已成为世界范围内的重要研究课题。
文献信息：
Lujun Wang, Andreas Baumgartner, Péter Makk, Simon Zihlmann, Blesson S. Varghese, David I. Indolese, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, and Christian Schönenberger
Global strain-induced scalar potential in graphene devices
Communication Physics (2021), doi: 10.1038/s42005-021-00651-y
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