六方氮化硼衬底上石墨烯和石墨烯的准粒子带隙工程
介观与纳米尺度物理
2011-10-27 v1
摘要
石墨烯在后硅电子学领域前景广阔，然而它面临两大挑战：打开带隙和寻找合适的衬底材料。原则上，六方氮化硼（hBN）衬底上的石墨烯为克服这些挑战提供了潜在的系统。近期的理论和实验研究给出了相互矛盾的结果：理论研究提出石墨烯在hBN上可能存在有限带隙，而近期的实验研究未发现带隙。利用第一性原理密度泛函方法和多体微扰理论，我们研究了hBN衬底上的石墨烯。伯纳尔堆叠的石墨烯在hBN上具有约0.1 eV的带隙，当石墨烯与hBN错位时，该带隙消失。后者是实际器件中可能的情况。相比之下，如果支撑在hBN上的石墨烯被氢化，所得系统（石墨烯）表现出大于2.5 eV的带隙。虽然石墨烯/hBN中的带隙开启源于对称性破缺，且易受错位等轻微扰动影响，但石墨烯的带隙源于化学功能化，并且在存在错位时是稳健的。由于石墨烯/hBN界面处的极化效应，当石墨烯支撑在hBN上时，其带隙减小约1 eV。石墨烯/hBN界面处的带偏移表明，hBN不仅可用作衬底，还可用作以石墨烯为沟道材料的场效应器件中的介电层。我们的研究可能为基于石墨烯的纳米结构中的带隙工程开辟新途径。
引用
@article{arxiv.1110.5702,
title = {Quasiparticle bandgap engineering of graphene and graphone on hexagonal boron nitride substrate},
author = {Neerav Kharche and Saroj K. Nayak},
journal= {arXiv preprint arXiv:1110.5702},
year = {2011}
}
备注
8 pages, 4 figures; Nano Letters, Publication Date (Web): Oct. 25 2011, http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl202725w