英國物理學家最近發現，石墨烯(graphene)與六角氮化硼(hexagonal boron nitride, hBN)基板間如果有晶格小角度不匹配，兩種材料間的凡得瓦交互作用會導致碳層狀結構的物理變化，幫石墨烯開啟一個電子能隙。這項發現可能提供了一種令人振奮的新方法，來控制及微調石墨烯元件的電子特性。 石墨烯是碳原子構成的2D蜂巢晶格，它是零能隙的半導體，因此具有獨特的電子性質。在石墨烯的導電帶與共價帶相接處的狄拉克點(Dirack Point)附近，能量與動量的關係是線性的，電子的行為類似無質量的狄拉克粒子，能以超高速在材料內傳遞，因此石墨烯製的元件如電晶體的操作速度將比現行元件還快。 六角氮化硼不只適合當石墨烯的基板(兩者晶格常數很接近)，它與石墨烯組成的超晶格位勢(supperlattice potential)也讓研究人員得以研究其他狄拉克點及一些相關現象，例如低磁場下的霍夫斯達特蝴蝶圖(Hofstadter’s butterfly)。 由曼徹斯特大學的Andre Geim及Kostya Novoselov指導的跨國研究團隊最近發現，此超晶格位勢會產生的一種新效應：「匹配-非匹配相變」(commensurate-incommensurate transition)。在匹配相下，石墨烯晶格會伸展1.8%以配合hBN的晶格，而在非匹配下，石墨烯維持晶格大小不變。此效應的發生取決於石墨烯與hBN晶格間的夾角。當夾角小於1度，石墨烯會進入匹配相，反之，則進入非匹配相。 該團隊發現匹配或非匹配狀態與hBN上的石墨烯薄片表面的應變(strain)分佈有關。在匹配態下，應變分佈鮮明，原因是在伸展的區域間會形成疇牆(domain wall)網絡。詳見近期的Nature Physics | doi:10.1038/nphys2954。 |