摩尔定律是否已经走到尽头近年来成为了热门话题，不仅仅是因为晶体管特征尺寸已经接近理论极限，更重要的是其功耗难以实质性的降低，严重限制了芯片的集成度。为突破传统晶体管亚阈值摆幅极限（60 mV/dec）对功耗的限制，基于异质结能带结构的隧穿场效应晶体管（TFET）应运而生，成为下一代微纳电子器件的有力候选。新葡萄官网常胜副教授课题组长期在此方面展开研究，发展了第一性原理结合输运计算的多尺度微纳器件设计流程，提出了孔洞、压力、边沿饱和等手段调控器件特性，引入了机器学习方法，在IEEE Electron Device Letters、Carbon、IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems、Nanotechnology等期刊上发表了一系列相关工作。

硅锗等传统半导体材料构建的异质结构存在晶格失配，易出现界面态等影响TFET性能的问题。采用禁带宽度受几何宽度调制的石墨烯纳米带（GNR）来构建异质体系，可完美避免晶格失配，有利于发展高性能的器件。然而，将不同宽度的GNR片段连接在一起究竟能不能形成异质结能带结构却一直存在争议。近期，常胜副教授课题组揭示了石墨烯宽窄纳米带体系能否形成异质结能带结构的关键因素：界面耦合方式。该工作以“Interface Coupling as a Crucial Factor for Spatial Localization of Electronic States in a Heterojunction of Graphene Nanoribbons”为题发表在《Physical Review Applied》上，第一作者为2015级博士生吕亚威，常胜副教授为通讯作者。

作者通过密度泛函理论的计算研究发现，不同宽度的GNR片段之间的结合方式可分为两类：紧耦合“Tight Coupling”和松耦合“Spare Coupling”。“Tight Coupling”的结合方式会造成两段GNR各自能态向对方扩散，使整个体系拥有均一的能带结构，从而无法形成异质结。而“Spare Coupling”的结合方式能够避免较窄宽度的一段GNR边缘碳原子与较宽宽度的一段GNR之间的直接连接，从而实现两段GNR之间的能态隔离，构建真正的异质结能带。分子动力学仿真的结果验证了“Spare Coupling”的GNR异质结界面能够在不同温度下稳定存在，也不会受应力的影响而减弱对结两侧能态的隔离能力。

    此研究成果加深了对低维受限体系的理解，完善了低维材料异质结理论的构建，并为TFET及其他基于异质结能带结构的应用指明了方向。

    该工作得到了国家自然科学基金等相关项目的支持。

论文链接地址：

https://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.11.024026