一种新的二维碳同素异形体合成的半导体金刚石薄膜

原子级薄的金刚石，也称为金刚石，是一种二维碳同素异形体，由于其潜在的物理特性而引起了相当大的科学兴趣。然而，之前的研究表明，在原始状态下无法获得原子级薄的金刚石薄膜，因为金刚石具有三维晶体结构，并且由于悬空 sp3 键，当减薄到金刚石晶胞的厚度时会缺乏化学稳定性。具有特定化学基团的表面碳的化学官能化被认为是稳定二维结构所必需的，例如表面氢化或氟化，并且在这些合成尝试中也使用了各种底物。但所有这些尝试都改变了金刚石薄膜的成分，也就是说，

在高压和高温下调节碳材料的相变过程始终是实现金刚石化的直接方法。在这里，由博士领导的一组科学家。HPSTAR(高压科学与技术高级研究中心)的冯柯和陈斌使用这种直接方法，即通过压缩机械剥离的几层石墨烯的金刚石化，合成了长期以来备受追捧的金刚石薄膜。该研究发表在《纳米快报》上。

由于碳原子之间的 sp2-sp3 再杂化，金刚石化过程通常伴随着能隙的打开和电阻的急剧增加。“少层石墨烯的原位电输运测量很难在高压下进行，”冯柯说。“然而，使用我们最近开发的基于光刻的微布线技术在金刚石表面上制备用于电阻测量的薄膜电极，我们能够研究机械剥离石墨烯的压力诱导 sp2-sp3 金刚石化转变，层厚从 12 到室温下的双层。”

他们的研究表明，可以通过在室温下将三层和更厚的石墨烯压缩到 20 GPa 以上来合成原始的 h-diamane，一旦合成，减压后可以保持在 1.0 GPa 左右。“光吸收表明 h-diamane 的能隙为 2.8 ± 0.3 eV，进一步的能带结构计算证实间接带隙为 2.7-2.9 eV，”共同第一作者、博士研究生 Lingkong Zhang 解释说。 . HPSTAR 的学生。“与无间隙石墨烯相比，半导体 h-diamane 为碳基电子设备提供了令人兴奋的可能性。”

XRD 测量表明，从几层石墨烯到 h-diamane 的转变是一个逐渐的结构转变，这有助于理解在高于转变压力的压力下三层和更厚的石墨烯中电阻的持续增加和吸光度的降低。理论计算表明，在过渡压力以上，定向的 h-金刚石在能量上是稳定的，并且比其少层石墨烯前体具有更低的焓。

“就像石墨烯、碳纳米管、富勒烯和其他新型碳同素异形体的发现一样，原始金刚石的实现代表了材料科学的另一项激动人心的成就，”陈斌博士补充说，“高压热处理可能有助于保持原始的 h-金刚石到环境压力，正如高温和高压方法所建议的那样，以合成可压力淬火的 h-金刚石。在实现金刚石的保存和工业应用方面仍然存在挑战。”

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