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美國研究人員最近成功地以硼原子對石墨烯(graphene)進行p型摻雜(p-type doping)。此實驗結果證明人類目前已經有能力對石墨烯進行電子及電洞的摻雜，這對於實際發展以石墨烯為基礎的電子應用而言極為重要。
石墨烯為具有蜂巢狀晶格結構的單層平面碳材料。由於具有許多獨特的電子與機械性質，有人認為此「神奇材料」(wonder material)未來有可能取代矽元素成為電子產業的基材，不過先決條件是必須能對石墨烯進行化學摻雜，以增加或減少材料內的電子。矽電晶體成功的關鍵之一，在於矽材料可進行n型(即增加電子)及p型摻雜(即減少電子，相當於增加電洞)。
兩年前，美國哥倫比亞(Columbia)大學的Abhay Pasupathy等人證實，利用氮原子可對石墨烯進行n型摻雜。最近，該研究團隊又發現石墨烯可藉由添加硼原子而達成p型摻雜。在石墨烯的n型摻雜中，加入的氮原子並不會明顯改變石墨烯的基本結構，此實驗證實添加硼原子亦不會破壞石墨烯。矽材料具有類似的特性，摻入少量磷原子並不會影響矽的基本結構。
在此實驗中，研究人員在高溫(1000°C)環境中通入含碳與硼元素的反應氣體，在銅箔上成長摻雜石墨烯。利用掃描穿隧式顯微鏡(STM)與光譜測量，他們研究石墨烯中硼摻質所處之局部結構及電子性質，發現每一硼原子與其他三個鄰近碳原子會形成鍵結，情形類似摻雜氮的石墨烯的晶格結構。從光譜數據分析則可發現，平均每一硼原子約略貢獻0.5個電洞。
Pasupathy認為，此研究提供一新觀點來討論化學摻雜石墨烯的電子效應，這對石墨烯電子應用而言相當重要。如此摻雜石墨烯的方式能用來製作透明電極，而摻質本身也可能作為反應中心，可望進一步賦予石墨烯更多功能如感知器等應用。
該美國研究團隊包含康乃爾(Cornell)大學、SLAC國家加速器實驗室、國家標準技術研究所(NIST)以及布魯克黑文(Brookhaven)國家實驗室。他們目前正積極研究如何利用氮和硼原子摻雜，來製作無須仰賴靜電閘極的石墨烯p-n接面。詳見Nano Lett. ｜ DOI:10.1021/nl401781d。 |