在激子增强绝缘相中实现石墨烯逻辑

二十年来，包括石墨烯在内的二维碳材料一直是超越硅技术追求下一代逻辑应用研究的核心。然而，在可控的掺杂范围内打开能隙，同时在该能隙态之外保持高电导，至今仍是其中的重大挑战。本文中我们展示，通过将伯纳尔堆垛双层石墨烯与反铁磁绝缘体 CrOCl 接触，在低温下宽广范围的正总电子掺杂 $n_\mathrm{tot}$ 与有效位移场 $D_\mathrm{eff}$ 中观察到强烈的绝缘行为。输运测量进一步证明，该绝缘相可很好地由双层石墨烯中因电子-空穴相互作用导致的层间激子态图像描述。由此产生的超过 1 $\mathrm{G\Omega}$ 的激子绝缘体可通过调节 $D_\mathrm{eff}$ 和/或 $n_\mathrm{tot}$ 轻易消除，系统恢复为面电阻小于 100 $\mathrm{\Omega}$ 的高迁移率石墨烯。由此得到“开-关”比达 10$^{7}$ 的晶体管，并演示了类 CMOS 的石墨烯逻辑反相器。我们在双层石墨烯中发现的鲁棒绝缘相，或将是催生未来碳计算的重要飞跃。