哥伦比亚大学
掺杂TOS的石墨烯具有很高的导电性，但在谐振器中吸收的红外光很少，这种特性的结合使这种材料独一无二，有望用于光电应用
学分:哥伦比亚大学利普森纳米光子学集团伊普希塔·达塔 您目前正在阅读的这篇文章中的设备诞生于硅革命
为了构建现代电路，研究人员通过掺杂来控制硅的导电能力，这是一个引入带负电荷的电子或带正电荷的“空穴”的过程
这使得电流得以控制，而对于硅来说，则需要注入其他可以调节电子的原子元素——也就是所谓的掺杂剂——到其三维(3D)原子晶格中
然而，硅的三维晶格对于下一代电子产品来说太大了，下一代电子产品包括超薄晶体管、新的光通信设备以及可佩戴或植入人体的柔性生物传感器
为了缩小体积，研究人员正在试验厚度不超过一层原子的材料，比如石墨烯
但是这种屡试不爽的掺杂三维硅的方法并不适用于2D石墨烯，它由一层碳原子组成，通常不会传导电流
除了注入掺杂剂，研究人员还尝试在“电荷转移层”上分层，以增加或拉走石墨烯中的电子
然而，以前的方法在其电荷转移层中使用“脏”材料；这些杂质会使石墨烯掺杂不均匀，阻碍其导电能力
现在，《自然电子》杂志的一项新研究提出了一个更好的方法
由哥伦比亚大学的詹姆斯·霍恩和詹姆斯·德黑兰尼以及韩国成均馆大学的刘元荣领导的跨学科研究团队描述了一种通过低杂质硒化钨(TOS)制成的电荷转移层掺杂石墨烯的清洁技术
研究小组通过氧化另一种2D材料硒化钨的单一原子层，生成了新的“干净”层
当TOS层叠在石墨烯上时，他们发现石墨烯上布满了导电孔
通过在TOS和石墨烯之间添加几层硒化钨原子层，可以对这些空穴进行微调，以更好地控制材料的导电特性
研究人员发现，使用他们的新掺杂方法，石墨烯的电迁移率，或电荷在其中移动的难易程度，比以前的尝试要高
添加硒化钨间隔物进一步增加了迁移率，使TOS的影响变得可以忽略不计，留下迁移率由石墨烯本身的固有特性决定
这种高掺杂和高迁移率的结合赋予石墨烯比铜和金等高导电金属更高的导电性
研究人员说，随着掺杂石墨烯导电性能的提高，它也变得更加透明
这是由于泡利阻塞，一种通过掺杂操纵电荷阻止材料吸收光的现象
在电信中使用的红外波长下，石墨烯的透明度超过了99%
实现高透明度和高电导率对于通过基于光的光子器件传输信息至关重要
如果吸收了太多的光，信息就会丢失
研究小组发现，掺杂TOS的石墨烯比其他导体的损耗小得多，这表明这种方法有可能成为下一代超高效光子器件
“这是一种按需定制石墨烯性质的新方法，”Hone说
“我们刚刚开始探索这项新技术的可能性
" 一个有希望的方向是通过改变TOS的图案来改变石墨烯的电子和光学特性，并将电路直接压印在石墨烯本身上
该团队还致力于将掺杂材料集成到新型光子器件中，在透明电子、电信系统和量子计算机中具有潜在应用
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