近日，中國科學院物理研究所/北京凝聚態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，實驗和理論研究發現，硼、氮共摻雜使金屬性碳納米管轉變為半導體。

　　自1991年碳納米管被發現以來，引起了科學家廣泛的研究興趣。但是納米管電學性質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)后期的化學或物理方法進行篩選。前一種方法容易引入結構缺陷，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氣相沉積(CVD)生長技術，實現了單壁碳納米管的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共摻雜納米管構筑了大量的場效應晶體管，對其電學性質進行了統計性分析研究。結果表明，通過對單壁碳納米管的B、N共摻雜，樣品中半導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現，他們利用第一性原理，計算了摻雜對單壁碳納米管能帶結構的調制作用。結果證明，B、N共摻雜可以使金屬性的單壁碳納米管的能隙被打開，使其轉變為半導體性的納米管，而B、N共摻雜并不改變半導體性碳納米管的導電屬性，從而在理論上解釋了B、N共摻雜調節碳納米管能帶結構的物理機制。B、N共摻雜是解決半導體性和金屬性納米管不可分問題的一條有效的新途徑。

　　相關研究結果發表在近期的Advanced Materials 20, 3615 (2008)上。Asia Materials對該成果以標題“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基金委的資助。