石墨烯是一种以蜂窝状晶格排列的单层碳原子，具有一系列卓越的性能。自2003年被发现以来，它被发现具有卓越的强度、导热性和导电性。最后一种特性使得这种材料非常适合电子电路中的微小触点，但理想情况下，它也应该构成组件本身，尤其是晶体管。
要做到这一点，石墨烯不仅需要表现得像导体，还需要表现得像半导体，这是电子元件执行开-关切换操作的关键。半导体由其带隙定义：将束缚在价带（无法导电）中的电子激发到导带（可以导电）所需的能量。带隙需要足够大，以便晶体管的开态和关态之间有明显的对比，并且可以处理信息而不产生错误。
普通石墨烯没有带隙——其不寻常的波纹状价带和导带实际上在某些地方相遇，使其更像金属。尽管如此，科学家们还是试图将它们分开。通过制造奇形怪状的石墨烯，例如带状石墨烯，已经实现了高达100 meV的带隙，但这被认为对于电子产品来说太小了。
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美国佐治亚理工学院的爱德华·康拉德及其同事通过外延生长制造了他们的石墨烯。在这种方法中，碳化硅 (SiC) 基板被加热到 1360°C 的温度，此时它开始分解并形成石墨烯层。研究人员发现，由于其与 SiC 基板的高度周期性键合方式，这些层中的第一层（通常称为缓冲层）形成了大于 0.5 eV 的带隙。
德国康斯坦茨大学的物理学家 圭多·布尔卡德 没有参与这项工作，他说这‘几乎但并不完全’像普通半导体中的带隙那么大。他补充说，“以这种方式生产的石墨烯是否也具有先前研究的石墨烯样品有利的电子特性还有待观察，但报告的结果肯定是非常有希望的。”
康拉德及其同事用于生成半导体石墨烯的外延方法并不新鲜。 2006 年，美国加州大学伯克利分校的亚历山德拉·兰扎拉领导的一个小组研究了外延生长在碳化硅上的第二层石墨烯，并报告了 0.26 eV 的带隙。康拉德说，他所在小组工作的最大不同之处在于磨练了生长技术。他解释说，“事实证明，晶体顺序对于获得这个带隙非常重要，而他们并没有做到这一点。”
当康拉德及其同事尝试在比他们喜欢的温度低 20°C 的温度下生长石墨烯时，他们发现带隙不存在。康拉德将这一发展比作硅电子学的早期阶段。他说：“如果你回到 20 世纪 60 年代硅晶体管的早期，它实际上是关于（寻找）高度有序的晶体”。他补充说，现阶段碳化硅晶圆的高成本并不重要。“他们出售的第一个[硅]晶体管是 1500 美元。关键是，你先得到设备，然后再担心成本。”
康拉德声称，他在佐治亚理工学院的同事已经在使用他的半导体石墨烯制造晶体管，其开-关电流比约为百万分之一，比普通电子设备要求的电流比高十倍。“所以，它开始起作用了，”他说。
本文经《化学世界》许可转载。 这篇文章于2015年9月29日首次发表。