石墨烯是一種以蜂窩狀晶格排列的單層碳原子，具有一系列卓越的效能。自2003年被發現以來，它被發現具有卓越的強度、導熱性和導電性。最後一種特性使得這種材料非常適合電子電路中的微小觸點，但理想情況下，它也應該構成元件本身，尤其是電晶體。
要做到這一點，石墨烯不僅需要表現得像導體，還需要表現得像半導體，這是電子元件執行開-關切換操作的關鍵。半導體由其帶隙定義：將束縛在價帶（無法導電）中的電子激發到導帶（可以導電）所需的能量。帶隙需要足夠大，以便電晶體的開態和關態之間有明顯的對比，並且可以處理資訊而不產生錯誤。
普通石墨烯沒有帶隙——其不尋常的波紋狀價帶和導帶實際上在某些地方相遇，使其更像金屬。儘管如此，科學家們還是試圖將它們分開。透過製造奇形怪狀的石墨烯，例如帶狀石墨烯，已經實現了高達100 meV的帶隙，但這被認為對於電子產品來說太小了。
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美國佐治亞理工學院的愛德華·康拉德及其同事透過外延生長製造了他們的石墨烯。在這種方法中，碳化矽 (SiC) 基板被加熱到 1360°C 的溫度，此時它開始分解並形成石墨烯層。研究人員發現，由於其與 SiC 基板的高度週期性鍵合方式，這些層中的第一層（通常稱為緩衝層）形成了大於 0.5 eV 的帶隙。
德國康斯坦茨大學的物理學家 圭多·布林卡德 沒有參與這項工作，他說這‘幾乎但並不完全’像普通半導體中的帶隙那麼大。他補充說，“以這種方式生產的石墨烯是否也具有先前研究的石墨烯樣品有利的電子特性還有待觀察，但報告的結果肯定是非常有希望的。”
康拉德及其同事用於生成半導體石墨烯的外延方法並不新鮮。 2006 年，美國加州大學伯克利分校的亞歷山德拉·蘭扎拉領導的一個小組研究了外延生長在碳化矽上的第二層石墨烯，並報告了 0.26 eV 的帶隙。康拉德說，他所在小組工作的最大不同之處在於磨練了生長技術。他解釋說，“事實證明，晶體順序對於獲得這個帶隙非常重要，而他們並沒有做到這一點。”
當康拉德及其同事嘗試在比他們喜歡的溫度低 20°C 的溫度下生長石墨烯時，他們發現帶隙不存在。康拉德將這一發展比作矽電子學的早期階段。他說：“如果你回到 20 世紀 60 年代矽電晶體的早期，它實際上是關於（尋找）高度有序的晶體”。他補充說，現階段碳化矽晶圓的高成本並不重要。“他們出售的第一個[矽]電晶體是 1500 美元。關鍵是，你先得到裝置，然後再擔心成本。”
康拉德聲稱，他在佐治亞理工學院的同事已經在使用他的半導體石墨烯製造電晶體，其開-關電流比約為百萬分之一，比普通電子裝置要求的電流比高十倍。“所以，它開始起作用了，”他說。
本文經《化學世界》許可轉載。 這篇文章於2015年9月29日首次發表。