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    石墨烯，這一2004年發(fā)現(xiàn)的碳晶體家族中的新成員，集多種優(yōu)異特性于一身，其電子遷移率高于硅材料兩個級數(shù)表明石墨烯有望替代半導(dǎo)體工業(yè)中的硅材料。然而，石墨烯為零帶隙半導(dǎo)體，因此能否有效調(diào)控其電學(xué)性質(zhì)決定著這種新材料在微電子等行業(yè)的應(yīng)用前途。

    摻雜被認(rèn)為是調(diào)控石墨烯電學(xué)性質(zhì)的有效手段之一，但石墨烯完整的二維蜂窩狀結(jié)構(gòu)給其摻雜帶來很大困難。為了解決這一難題，國家納米科學(xué)中心宮建茹研究組采用離子注入技術(shù)，通過高能離子轟擊使石墨烯產(chǎn)生碳原子空位缺陷。然后，在氨氣氣氛中高溫退火，利用氨氣分解產(chǎn)生的氮原子來填補(bǔ)碳原子空位缺陷，實現(xiàn)了在石墨烯中氮原子的摻雜。由氮原子摻雜后的石墨烯制備的場效應(yīng)器件具有n型導(dǎo)電性質(zhì)，進(jìn)一步證實了氮原子的摻雜效果。另外，通過調(diào)節(jié)離子注入劑量、退火溫度等條件，能夠?qū)崿F(xiàn)精確可控的原子摻雜，對石墨烯的理論研究和實際應(yīng)用都具有重要意義。

    相關(guān)研究結(jié)果已發(fā)表在2010年的Nano Letters上（Nano Lett. 2010, 10, 4975–4980.），并被Nature Publishing Group (NPG) Asia Materials做為特色研究進(jìn)行報道。

    除石墨烯納米器件的物理性質(zhì)研究外，該研究組還將納米器件應(yīng)用于傳感領(lǐng)域，能夠?qū)崿F(xiàn)無標(biāo)記高靈敏度的生物分子檢測，其結(jié)果發(fā)表在Small 2010, 6(8), 967-973。

    上述研究工作得到中國科學(xué)院、國家自然科學(xué)基金委以及科技部項目的支持。

左：石墨烯場效應(yīng)晶體管示意圖；中：本征石墨烯的Gsd-Vg曲線；右：氮摻雜石墨烯的Gsd-Vg曲線。從中到右的數(shù)據(jù)表明石墨烯實現(xiàn)了從p型到n型的轉(zhuǎn)變。