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原子级工程化石墨烯纳米带场效应晶体管中受控量子点形成

DOI：10.1021/acsnano.0c00604 期刊：ACS Nano 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:21:01
摘要： 石墨烯纳米带（GNRs）作为一类新兴的量子设计材料，已引起全球研究者的浓厚兴趣。将其应用于电子器件的主要挑战包括：因其尺寸微?。?lt;50纳米）导致的可靠接触难题，以及在器件集成过程中保持其物理特性的困难。在这项结合实验与理论的研究中，我们报道了原子级精确的GNRs在器件结构中呈现的量子点（QD）行为。该器件由对齐的5原子宽GNRs（5-AGNRs）薄膜构成，这些薄膜被转移至具有亚5纳米纳米间隙的石墨烯电极上。研究表明，这种窄带隙5-AGNRs在室温下呈现类金属特性，在低于150K温度时则表现出单电子晶体管行为。通过13K下的分子能级光谱分析，我们测得其附加能级范围为200-300毫电子伏。密度泛函理论计算预测了相近的附加能级，并揭示当考虑5-AGNRs有限长度时，无限长纳米带带隙内存在两个电子态。通过输运光谱证实器件集成后5-AGNRs分子能级的保持性，本研究为实现更奇异的GNR基纳米电子器件迈出了关键一步。
作者： Maria El Abbassi，Mickael L. Perrin，Gabriela Borin Barin，Sara Sangtarash，Jan Overbeck，Oliver Braun，Colin J. Lambert，Qiang Sun，Thorsten Prechtl，Akimitsu Narita，Klaus Müllen，Pascal Ruffieux，Hatef Sadeghi，Roman Fasel，Michel Calame
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研究概述 实验方案

研究目的

研究原子级精确的石墨烯纳米带（GNRs）在器件结构中的量子点行为及其在器件集成过程中电子结构的保持情况。

研究成果

该研究成功展示了利用亚5纳米石墨烯结将短5-原子级宽度石墨烯纳米带集成到器件结构中，在室温下观察到类金属的电流-电压特性曲线，并在13K温度下呈现单电子晶体管行为。研究结果验证了采用石墨烯电极连接超小尺寸石墨烯纳米带的可行性，同时凸显了基于石墨烯纳米带电子器件的应用前景。

研究不足

观察到的高电阻可能源于石墨烯纳米带（GNRs）与石墨烯电极之间的弱耦合，这归因于石墨烯/GNR界面处存在隧穿势垒。样品间的差异也可能与纳米带的长度以及桥接间隙的纳米带数量不同有关。

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