近日，中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家實驗室許智、王文龍、白雪冬、王恩哥等人提出了一種新的方法，在生長單壁碳納米管過程中，原位進行硼(B)、氮(N)共摻雜，實驗和理論研究發(fā)現(xiàn)，硼、氮共摻雜使金屬性碳納米管轉(zhuǎn)變?yōu)榘雽?dǎo)體。

　　自1991年碳納米管被發(fā)現(xiàn)以來，引起了科學(xué)家廣泛的研究興趣。但是納米管電學(xué)性質(zhì)的不可控問題依然是懸而未決的難題，這是由于在制備的樣品中約2/3的納米管為半導(dǎo)體性，約1/3的納米管為金屬性，兩者共存大大限制了碳納米管在納米電子器件中的進一步應(yīng)用。近年來在這方面的研究探索取得了一定的進展，如何分開半導(dǎo)體性與金屬性的碳納米管一般有兩種途徑：1)原位刻蝕金屬性納米管；2)后期的化學(xué)或物理方法進行篩選。前一種方法容易引入結(jié)構(gòu)缺陷，而后一種方法在樣品的純度上還需要大大提高。

　　該研究組利用改進的等離子輔助熱絲化學(xué)氣相沉積(CVD)生長技術(shù)，實現(xiàn)了單壁碳納米管的B、N共摻雜——即三元共價BCN化合物納米管[J. Am. Chem. Soc. 128, 6530(2006)]。繼這項研究成果后，他們最近用這種B、N共摻雜納米管構(gòu)筑了大量的場效應(yīng)晶體管，對其電學(xué)性質(zhì)進行了統(tǒng)計性分析研究。結(jié)果表明，通過對單壁碳納米管的B、N共摻雜，樣品中半導(dǎo)體性納米管的比例由67%大大提升到高于97%。為了深入理解這一重要實驗發(fā)現(xiàn)，他們利用第一性原理，計算了摻雜對單壁碳納米管能帶結(jié)構(gòu)的調(diào)制作用。結(jié)果證明，B、N共摻雜可以使金屬性的單壁碳納米管的能隙被打開，使其轉(zhuǎn)變?yōu)榘雽?dǎo)體性的納米管，而B、N共摻雜并不改變半導(dǎo)體性碳納米管的導(dǎo)電屬性，從而在理論上解釋了B、N共摻雜調(diào)節(jié)碳納米管能帶結(jié)構(gòu)的物理機制。B、N共摻雜是解決半導(dǎo)體性和金屬性納米管不可分問題的一條有效的新途徑。

　　相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在近期的Advanced Materials 20, 3615 (2008)上。Asia Materials對該成果以標(biāo)題“Doping carbon nanotubes”作為研究亮點進行了報道。

　　該工作得到了國家科技部、中科院和國家自然科學(xué)基金委的資助。