石墨烯具有較高的電子遷移率、柔性和穩定性，在下一代電子技術的發展中具有重要意義。然而，由于不存在帶隙，石墨烯晶體管的導電/截止電流比很差。引入能隙的一種方法是使用氫化反應，該反應將石墨烯轉變為具有sp
3鍵的絕緣石墨烷。在這里，我們表明，在包含離解氫離子的有機液體電解質中，通過可逆的電化學加氫作用，電場可用于控制微尺度石墨烯中的導體到絕緣體的轉變。完全氫化的石墨烯具有200 GΩ sq
-1的較低薄層電阻極限，因此在室溫下，石墨烯場效應晶體管的導電/截止電流比為108。該器件還具有很高的耐用性，具有高達1百萬次的開關周期。在雙層石墨烯中也觀察到類似的絕緣行為，而三層石墨烯在氫化后仍保持高導電性。石墨烯晶格的變化，以及從sp
2到sp
3雜交的轉變，通過原位拉曼光譜法得到證實，并得到第一性原理的計算支持。
Fig. 1 MLG中可逆加氫的電場控制。
Fig. 2 氫化MLG絕緣和開關行為的表征。
Fig. 3 BLG和TLG中可逆加氫的電場控制。
Fig. 4 氫化的MLG，BLG和TLG的DFT計算。
相關研究成果于2021年由清華大學Jinsong Zhang?課題組，發表在Nature Electronics（https://doi.org/10.1038/s41928-021-00548-2）上。原文：Large transport gap modulation in graphene via electric-field-controlled reversible hydrogenation。
轉自《石墨烯雜志》公眾號
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