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電子顯微鏡下石墨烯薄片（Dagesyan Sarkis Armenakovich＠維基百科圖片）
天津大學天津納米顆粒與納米系統國際研究中心，近日在半導體石墨烯領域取得顯著突破，成功攻克長期以來阻礙石墨烯電子學發展的關鍵技術難題。研究成果已於1月3日在國際科學期刊《自然》發布。
攻克石墨烯電子學技術難題
國際科學期刊《自然》（Nature）1月3日刊出題為《碳化硅上生長的超高遷移率半導體外延石墨烯》（Ultra-high mobility semiconducting epitaxial graphene on silicon carbide）論文，該論文由天津大學天津納米顆粒與納米系統國際研究中心的馬雷教授及其科研團隊提出。
該研究團隊日前在半導體石墨烯領域取得顯著進展，成功攻克長期以來阻礙石墨烯電子學發展的關鍵技術難題，打開了石墨烯帶隙，實現從「0」到「1」的突破，這項突破被認為是開啟石墨烯晶片製造領域大門的重要里程碑。
石墨烯，作為首個被發現可在室溫下穩定存在的二維材料，其獨特的狄拉克錐（Dirac cone）能帶結構，導致零帶隙的特性；「零帶隙」特性正是困擾石墨烯研究者數十年的難題。如何打開帶隙，成為開啟「石墨烯電子學」大門的「關鍵鑰匙」。
完全實用仍需時十至十五年
半導體指常溫下導電性能介於導體與絕緣體之間的材料。石墨和石墨烯相關的材料廣泛應用在電池電極材料、半導體裝置、電晶體等方面。石墨烯可以用來製作晶體管，由於石墨烯結構的高度穩定性，這種電晶體在接近單個原子的尺度上仍然可以穩定地工作。相較之下，以硅為材料的電晶體在10納米以下，穩定性會變差。
天津大學圖片
研究團隊使用特殊熔爐在由有機薄膜覆蓋的碳化硅晶圓上生長石墨烯時生產了大面積單晶類石墨烯材料。這是一種在碳化硅晶面上生長的物質，結構外延石墨烯幾乎一樣但是沒有較好的導電性。測量表明，這種半導體石墨烯在室溫具有硅的10倍以上的遷移率。
團隊表示，該研究對未來石墨烯電子學真正走向實用化具有重大意義。不過距離石墨烯半導體完全落地，估計還要10到15年。
石墨烯曾被認為是假設結構
石墨烯（graphene）以前被認為是假設性的結構，無法單獨穩定存在，2004年英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·海姆（Андрей Константинович Гейм）和康斯坦丁·諾沃肖洛夫（Константин Новосёло），成功在實驗中從石墨中分離出石墨烯，而證實它可以單獨存在，兩人也因「在二維石墨烯材料的開創性實驗」，共同獲得2010年諾貝爾物理學獎。
石墨烯又稱單層石墨、碳單層，是一種由碳原子以sp2混成軌域組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜材料，其厚度僅相當於1個碳原子的直徑。石墨烯是導熱及導電性極佳的透明納米材料，其電阻率（約10-6 Ω·cm）比銅或銀低，可用來發展出更薄、導電更快的新一代電子元件。