基于电场可控可逆氢化石墨烯的大输运能隙调制

石墨烯因其高电子迁移率、柔韧性和稳定性，在下一代电子器件开发中备受关注。然而，由于不存在带隙，石墨烯晶体管的开关电流比很差。引入能隙的一种方法是利用氢化反应，将石墨烯转变为具有sp3键合的绝缘体石墨烷。本文展示了在含有解离氢离子的有机液体电解质中，可通过可逆电化学氢化，利用电场控制微米尺度石墨烯的导体-绝缘体转变。完全氢化石墨烯的方块电阻下限为200 Gohm/sq，从而实现室温下开关电流比达10^8的石墨烯场效应晶体管。该器件还表现出高耐久性，可达一百万次开关循环。双层石墨烯中也观察到类似的绝缘行为，而三层石墨烯在氢化后仍保持高导电性。石墨烯晶格的变化以及从sp2到sp3杂化的转变，由原位拉曼光谱确认，并得到了第一性原理计算的支持。