圖片來(lái)自美國海軍研究實(shí)驗室/ ACS Nano雜志 （來(lái)源：中國新材料網(wǎng)）用肉眼看來(lái)，圖片內部的虛線(xiàn)三角形表示石墨烯中氮原子的最臨近區域，而外部三角形的三個(gè)角則位于第二和第三臨近區域間的電子密集位置。
氮摻雜一直都是在石墨烯里產(chǎn)生穩定帶隙的眾多方法中最有前途的方法之一，它實(shí)際上是增加了材料的導電率?，F在，美國海軍研究實(shí)驗室(NRL)的研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了新的石墨烯氮摻雜技術(shù)，該項技術(shù)可以精確地控制氮摻雜劑在石墨烯晶格中的位置，這種精確性極大地降低了體系缺陷，并且穩定性也有了明顯提升。
來(lái)自NRL的研究人員，同時(shí)也是該論文的共同作者Cory Cress在接受電子郵件采訪(fǎng)時(shí)解釋說(shuō)，“氮摻入石墨烯晶格已經(jīng)能夠通過(guò)其他技術(shù)完成，包括在生長(cháng)期和后生長(cháng)期的退火工藝等。不過(guò)，目前已采用的技術(shù)在控制摻雜物的位置上存在明顯的差異，包括空間上和深度上的差異(如果使用多層石墨烯樣品)。在一般情況下雜質(zhì)的置換，比如氮，如果沒(méi)有額外缺陷的話(huà)會(huì )是修改能帶結構的理想摻雜，因為它最好地保持了石墨烯的基本傳輸能力。”
氮原子作為石墨烯摻雜劑，具有十分特殊的性質(zhì)。這是基于它比碳原子多了一個(gè)額外的電子。氮原子被放置到石墨烯晶格內時(shí)，所有的鍵都保持完整，并且有額外的電子可以在整個(gè)石墨烯層內自由移動(dòng)。這增加了材料中電子的濃度(也稱(chēng)為n型摻雜)，也相應地增強了導電性。
先前的研究已經(jīng)發(fā)現，在石墨烯中制造點(diǎn)缺陷(例如移除一個(gè)碳原子)不會(huì )改變固有的摻雜水平，Cress對此表示，“換句話(huà)說(shuō)，石墨烯中的缺陷是電中性的，這樣他們就不能可控地引入一個(gè)帶隙，盡管缺陷散射的增加會(huì )降低電子的傳輸。”
盡管其它摻雜劑在一定程度上會(huì )失敗，但氮原子是石墨烯的理想n型摻雜劑，NRL的研究人員已經(jīng)使用了超高溫離子注入(HyTII)技術(shù)來(lái)?yè)饺氲?。由于氮原子和碳原子有?zhù)類(lèi)似的質(zhì)量和尺寸，成功替換的概率大大提高。
NRL的研究人員已經(jīng)在ACS Nano期刊上描述了他們的HyTII過(guò)程，而表征和測量材料的結果發(fā)布在Physical Review B上。
在他們的測量中，NRL的研究人員觀(guān)察到了大的負磁阻，磁阻的尺寸與氮原子注入的濃度和帶結構的改變相關(guān)，由于氮原子位于晶格中并且性能是固定的，因此可以通過(guò)控制氮原子的含量精確調節。
參與研究的NRL物理學(xué)家，論文的第一作者Adam L. Friedman在新聞發(fā)布會(huì )上說(shuō)：“這些設備的測量結果強烈表明，我們最終制成了帶有可調帶隙的石墨烯薄膜，同時(shí)兼有低缺陷密度和高穩定性的特點(diǎn)。因此，我們推測HyTII石墨烯薄膜在電子或自旋電子這些要求高質(zhì)量石墨烯的應用領(lǐng)域會(huì )有著(zhù)巨大的潛力。”
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