物理所二維膠體晶體刻蝕法制備石墨烯納米帶研究取得進展

　　最近，中科院物理研究所/北京凝聚態物理國家實驗室（籌）表面物理國家重點實驗室白雪冬研究組的王文龍副研究員及其合作者在石墨烯納米帶的可控制備研究方面取得重要進展，相關工作發表在Adv. Mater. 23，1246 (2011) 上。 

　　石墨烯（Graphene）自2004年發現以來，成為凝聚態物理與材料科學等領域的一個研究熱點。石墨烯的超高室溫載流子遷移率與可剪裁加工的特性，使其成為未來納米電子學器件的重要候選材料。石墨烯本身是零帶隙材料，如果直接用其構筑場效應晶體管（FET）器件，門控效果極其有限，難以實現開關特性。目前的一種解決方案是，把石墨烯裁剪成在橫向方向為有限尺寸的石墨烯納米帶結構，電子在橫向上受限，納米帶則成為典型的準一維系統，石墨烯的能隙被打開。因此，如何高效、可控地制備石墨烯納米帶（寬度到10nm左右或以下）是當前該領域的一個充滿挑戰的重要研究課題。

　　近年來，白雪冬研究組在石墨烯的制備及其能帶調控方面開展了持續深入的研究。最近，在過去工作的基礎上，王文龍副研究員、北京大學王恩哥院士和博士生劉磊等與物理所微加工實驗室顧長志研究員合作，基于二維膠體晶體刻蝕技術，發展出一種簡單、高效、可控制備超細石墨烯納米帶的新方法。

　　二維膠體晶體刻蝕又稱納米球刻蝕（NSL），是利用自組裝膠體微球作為圖形掩膜的一種并行（parallel）刻蝕加工技術，具有操作簡便、高產出、成本低廉等顯著優點，為未來大批量制備石墨烯納米帶提供了一條有效途徑。在NSL法刻蝕裁剪石墨烯的過程中，研究人員巧妙利用了膠體微球空隙中氧等離子體束流的局域各向異性分布，通過細致研究刻蝕工藝與參數，制得了高各向異性的準一維超細納米帶結構。該方法除了能夠制備大面積互連的石墨烯納米帶有序陣列之外，還可以通過控制膠體微球的受限自組裝，在基片特定位置上制備出不同幾何構型的石墨烯納米帶互連結構，展現出了豐富的可調性與良好的可控性。

　　另外，基于NSL刻蝕法的簡便與易操作性，他們還將之直接運用到預先制作好的石墨烯FET器件上，通過逐步刻蝕來實現對石墨烯電學性質的“器件原位”（on-chip）動態調控，展示了該方法在石墨烯電子器件研究中的潛在應用價值。

　　該工作得到了國家自然科學基金委、科技部與中科院的支持。