从半金属到半导体：碳化硅上的外延石墨烯

石墨烯被认为是一种潜在的新型电子材料，可以用来制造更快、更小、更节能的电子器件。但是，石墨烯也有一个很大的缺点，那就是它没有带隙。什么是带隙呢？简单地说，带隙是指一个材料中电子能量的一个禁区，电子不能在这个区域内存在。

如果一个材料有带隙，那么它就可以通过控制电压或电流来调节电子的流动，从而实现开关或逻辑功能。这就是为什么我们常用的半导体材料，比如硅或锗，都有一定的带隙。而石墨烯没有带隙，意味着它不能很好地控制电子的流动，因此很难用它来制造晶体管或其他电子元件。

那么，有没有办法给石墨烯制造一个带隙呢？人们已经尝试了很多方法，比如切割石墨烯成纳米带，或者在石墨烯上添加一些化学物质，但是这些方法都没有取得很好的效果，要么带隙太小，要么迁移率太低。迁移率是指电子在一个材料中的移动速度，它决定了一个材料的电导率和开关速度。一个好的半导体材料应该有一个合适的带隙和一个高的迁移率，这样才能实现高效的电子控制。

最近，一篇发表在《自然》杂志的论文发现了一种新的方法，可以在碳化硅上生长出一种具有带隙和高迁移率的石墨烯，他们称之为半导体外延石墨烯。

碳化硅是一种常用的半导体材料，它可以承受高温和高压，而且具有很好的化学稳定性。如果我们把碳化硅加热到一定的温度，那么表面的硅原子就会蒸发掉，留下一层碳原子，这就是石墨烯。这种方法可以在碳化硅的两个不同的表面上生长出石墨烯，分别是碳端面和硅端面。