石墨烯 - 石墨炔 - 石墨烯晶体管的电子输运性质：第一性原理研究

我们构建了一种新型纳米电子器件，其中石墨炔稳固地连接在石墨烯电极之间；石墨炔由六元碳环和碳链组成。由于石墨烯和石墨炔在键长和晶胞形状上的相似性，它们在周期性位置具有完美匹配的界面结构，从而促进了电荷转移并增强了异质结构的稳定性。利用非平衡格林函数与密度泛函理论相结合的形式体系，我们通过改变石墨炔尺寸和碳链长度，系统研究了石墨烯 - 石墨炔 - 石墨烯场效应晶体管 (FETs) 的电子输运性质。这些器件表现出优异的开关行为，开/关比达到 $10^2$-$10^3$ 量级。开/关比随石墨炔尺寸或碳链长度的增加而增大。值得注意的是，即使在石墨炔尺寸小至 8.5 A 时，这些器件仍保持良好的 FET 特性，其开/关比为 650，透射能隙为 0.8 eV，这表明它们在制造与分子器件水平相当的高度集成电路方面具有潜在应用。其氮化硼类似物在石墨炔尺寸和偏压变化方面显示出相似的定性行为，但与石墨炔薄膜晶体管 (TFTs) 相比，它们在较短碳链长度下表现出更高的开/关比。