元素百科向您介绍：虽然多年来有很多方法可以在石墨烯中产生间隙，但仍有许多人反对在数字电子设备中使用石墨烯，他们坚称石墨烯缺乏固有的间隙。从肉眼上看，石墨烯图片中的虚线三角形表示石墨烯中氮原子最接近的区域，而外部三角形的三角形位于第二和第三附近区域之间的电子密集位置。
石墨烯产生稳定带隙的方法
氮混合一直是许多在石墨烯中产生稳定带间隙的最有前途的方法之一，它实际上提高了材料的导电性。现在，美国海军研究实验室(NRL)研究人员开发了一种新的石墨烯氮掺杂技术，可以准确控制石墨烯晶格中氮掺杂剂的位置，大大降低了系统缺陷，显著提高了稳定性。
来自NRL的研究人员Cory也是该论文的共同作者 Cress在接受电子邮件采访时解释说，“氮掺入石墨烯晶格可以通过其他技术完成，包括生长期和后生长期的退火工艺。然而，目前使用的技术在控制掺杂物的位置上存在明显差异，包括空间和深度的差异（如果使用多层石墨烯样品）。一般来说，更换杂质，如氮，如果没有额外的缺陷，将是修改结构的理想混合物，因为它最好保持石墨烯的基本传输能力。”
石墨烯掺杂剂性质特殊
氮原子作为一种石墨烯掺杂剂，具有非常特殊的性质。这是基于它比碳原子多了一个额外的电子。当氮原子被放置在石墨烯晶格中时，所有的键都是完整的，额外的电子可以在整个石墨烯层中自由移动。这增加了材料中电子的浓度（也称为n混合物），并相应地增强了导电性。
先前的研究发现，石墨烯中的缺陷（如去除碳原子）不会改变固有的混合水平，“换句话说，石墨烯中的缺陷是电中性的，所以它们无法控制地引入带间隙，尽管缺陷散射的增加会减少电子传输。”
虽然其他掺杂剂会在一定程度上失败，但氮原子是石墨烯的理想n型掺杂剂，NRL的研究人员使用超高温离子注入(HyTII)该技术与氮原子混合。由于氮原子和碳原子的质量和尺寸相似，成功替换的可能性大大提高。
NRL的研究人员已经在ACS了 Nano期刊描述了他们的HyTII过程，并在Physical发布了表征和测量材料的结果 Review B上。
在他们的测量中，NRL的研究人员观察到了大负磁阻，其大小与氮原子注入的浓度和带结构的变化有关。由于氮原子位于晶格中，性能固定，可以通过控制氮原子的含量来准确调节。
NRL物理学家，论文的第一作者Adam L. Friedman在新闻发布会上说：“这些设备的测量结果强烈表明，我们最终制成了具有可调带间隙的石墨烯薄膜，具有缺陷密度低、稳定性高的特点。因此，我们推测HyTII石墨烯薄膜在电子或自旋电子等高质量石墨烯的应用领域具有巨大的潜力。”
