清华大学张金松 课题组-- 通过电场控制的可逆氢化作用，在石墨烯中进行大的传输间隙调节

石墨烯具有较高的电子迁移率、柔性和稳定性，在下一代电子技术的发展中具有重要意义。然而，由于不存在带隙，石墨烯晶体管的导电/截止电流比很差。引入能隙的一种方法是使用氢化反应，该反应将石墨烯转变为具有sp³键的绝缘石墨烷。在这里，我们表明，在包含离解氢离子的有机液体电解质中，通过可逆的电化学加氢作用，电场可用于控制微尺度石墨烯中的导体到绝缘体的转变。完全氢化的石墨烯具有200 GΩ sq^-1的较低薄层电阻极限，因此在室温下，石墨烯场效应晶体管的导电/截止电流比为108。该器件还具有很高的耐用性，具有高达1百万次的开关周期。在双层石墨烯中也观察到类似的绝缘行为，而三层石墨烯在氢化后仍保持高导电性。石墨烯晶格的变化，以及从sp²到sp³杂交的转变，通过原位拉曼光谱法得到证实，并得到第一性原理的计算支持。

Fig. 1 MLG中可逆加氢的电场控制。

Fig. 2 氢化MLG绝缘和开关行为的表征。

Fig. 3 BLG和TLG中可逆加氢的电场控制。

Fig. 4 氢化的MLG，BLG和TLG的DFT计算。

相关研究成果于2021年由清华大学Jinsong Zhang课题组，发表在Nature Electronics（https://doi.org/10.1038/s41928-021-00548-2）上。原文：Large transport gap modulation in graphene via electric-field-controlled reversible hydrogenation。

张金松 副教授

清华大学物理系

理科楼B214

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个人简历

教育经历： 2004/08-2008/07 清华大学物理系 学士 2008/09-2014/01 清华大学物理系 博士（导师：王亚愚教授） 工作经历： 2014/03-2017/07 斯坦福大学材料学与工程系 博士后（合作导师：崔屹教授） 2017/09-2019/12 清华大学物理系 助理教授 2019/12-今 清华大学物理系 副教授

研究领域

主要研究低维材料体系在低温强磁场下的量子输运特性。研究方法利用微纳加工技术制备输运器件，并通过电场、磁场以及原位离子调控方法原位研究其输运性能。研究体系包括拓扑绝缘体、量子反常霍尔效应、量子相变、二维层状材料和一维纳米材料等。 欢迎热爱凝聚态实验物理的学生加入我们研究团队。每年拟招收博士研究生1-2名，并提供有竞争力的科研助理和博士后岗位。

奖励、荣誉和学术兼职

2020年求是杰出青年学者奖 2020年亚太物理系学会杨振宁奖 2014年瑞士Chorafa青年研究奖 2013年第八届中国青少年科技创新奖 2013年第十八届清华大学学术新秀

近期主要论著

1.“Large transport gap modulation in graphene via electric-field-controlled reversible hydrogenation”
Shaorui Li*, Jiaheng Li*, Yongchao Wang*, Chenglin Yu&, Yaoxin Li, Wenhui Duan, Yayu Wang#, Jinsong Zhang#, Nat. Electron. 4, 254–260 (2021)

2.“Robust axion insulator and Chern insulator phases in a two-dimensional antiferromagnetic topological insulator”
Chang Liu*, Yongchao Wang*, Hao Li*, Yang Wu , Yaoxin Li, Jiaheng Li, Ke He, Yong Xu# , Jinsong Zhang# and Yayu Wang#. Nat. Mater. 19, 525–527 (2020).

3.“Reversible and selective ion intercalation through the top surface of few-layer MoS2”
Jinsong Zhang*, Ankun Yang*, Xi Wu*, Jorik van de Groep, Peizhe Tang, Shaorui Li, Bofei Liu, Feifei Shi, Jiayu Wan, Qitong Li, Yongming Sun, Zhiyi Lu, Xueli Zheng, Guangmin Zhou, Chun-Lan Wu, Shou-Cheng Zhang, Mark L. Brongersma, Jia Li, Yi Cui. Nat. Commun. 9, 5289 (2018)

4.“Electrochemical control of copper intercalation into nanoscale Bi2Se3”
Jinsong Zhang*, Jie Sun*, Yanbin Li, Feifei Shi, Yi Cui. Nano Lett., 17, 1741−1747, (2017)

5.“Transport Studies of the Electrical, Magnetic and Thermoelectric properties of Topological Insulator Thin Films” 
Jinsong Zhang, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2016, DOI: 10.1007/978-3-662-49927-6

6.“Lateral and Vertical Two-Dimensional Layered Topological Insulator Heterostructures”
Yanbin Li, Jinsong Zhang, Guangyuan Zheng, Yongming Sun, Seung Sae Hong, Feng Xiong, Shuang Wang, Hye Ryoung Lee, and Yi Cui. ACS Nano, 9, 10916–10921, (2015).

7.“Disentangling the magnetoelectric and thermoelectric transport in topological insulator thin films”
Jinsong Zhang*, Xiao Feng*, Yong Xu*, Minghua Guo, Zuocheng Zhang, Yunbo Ou, Yang Feng,Kang Li, Haijun Zhang, Lili Wang, Xi Chen, Zhongxue Gan, Shou-Cheng Zhang, Ke He, Xucun Ma, Qi-Kun Xue, and Yayu Wang. Phys. Rev. B 91, 075431, (2015).

8.“Topology-driven magnetic quantum phase transition in topological insulators” 
Jinsong Zhang*, Cui-Zu Chang*, Peizhe Tang*, Zuocheng Zhang, Xiao Feng, Kang Li, Li-li Wang, Xi Chen, Chaoxing Liu, Wenhui Duan, Ke He, Qi-Kun Xue, Xucun Ma, Yayu Wang. Science 339, 1582 (2013).

9.“Experimental observation of the quantum anomalous Hall effect in a magnetic topological insulator”

Cui-Zu Chang*, Jinsong Zhang*, Xiao Feng*, Jie Shen*, Zuocheng Zhang, Minghua Guo, Kang Li, Yunbo Ou, Pang Wei, Li-Li Wang, Zhong-Qing Ji, Yang Feng, Shuaihua Ji, Xi Chen, Jinfeng Jia, Xi Dai, Zhong Fang, Shou-Cheng Zhang, Ke He, Yayu Wang, Li Lu, Xu-Cun Ma, and Qi-Kun Xue. Science 340, 167 (2013).

10.“Thin films of magnetically doped topological insulator with carrier-independent long-range ferromagnetic order”
Cui-Zu Chang, Jinsong Zhang, Minhao Liu, Zuocheng Zhang, Xiao Feng, Kang Li, Li-Li Wang, Xi Chen, Xi Dai, Zhong Fang, Xiao-Liang Qi, Shou-Cheng Zhang, Yayu Wang, Ke He, Xu-Cun Ma, and Qi-Kun Xue. Adv. Mater. 25, 1065 (2013).

11.“Crossover between Weak Antilocalization and Weak Localization in a Magnetically Doped Topological Insulator” 
Minhao Liu, Jinsong Zhang, Cui-Zu Chang, Zuocheng Zhang, Xiao Feng, Kang Li, Ke He, Li-li Wang, Xi Chen, Xi Dai, Zhong Fang, Qi-Kun Xue, Xucun Ma, and Yayu Wang. Phys. Rev. Lett. 108, 036805 (2012).

12.“Band structure engineering in (Bi1−xSbx)2Te3 ternary topological insulators” 
Jinsong Zhang*, Cuizu Chang*, Zuocheng Zhang, Jing Wen, Xiao Feng, Kang Li, Minhao Liu, Ke He, Lili Wang, Xi Chen, Qikun Xue, Xucun Ma and Yayu Wang. Nat. Commun. 2, 574 (2011).