There is considerable interest in graphene for high-speed electronics applications because of its high carrier mobility, but conventional device-fabrication processes produce significant defects in the atomically thin carbon sheets that constitute graphene, severely degrading device performance. Liao et al. report a novel fabrication approach that circumvents such degradation by placing a nanowire, with a metallic core and insulating shell, on top of the graphene as a gate electrode. 'Source' and 'drain' electrodes are then deposited on graphene through a self-alignment process that causes no appreciable damage to the graphene lattice and preserves its high carrier mobility. This unique device layout ensures that the edges of the source, drain and gate electrodes are positioned precisely, enabling a transistor performance that is comparable in speed with the best existing devices of a similar size. There is much interest in graphene for applications in ultrahigh-speed radio-frequency electronics, but conventional device fabrication processes lead to significant defects in graphene. Here a new way of fabricating high-speed graphene transistors is described. A nanowire with a metallic core and insulating shell is placed as the gate electrode on top of graphene, and source and drain electrodes are deposited through a self-alignment process, causing no appreciable damage to the graphene lattice. Graphene has attracted considerable interest as a potential new electronic material1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11. With its high carrier mobility, graphene is of particular interest for ultrahigh-speed radio-frequency electronics12,13,14,15,16,17,18. However, conventional device fabrication processes cannot readily be applied to produce high-speed graphene transistors because they often introduce significant defects into the monolayer of carbon lattices and severely degrade the device performance19,20,21. Here we report an approach to the fabrication of high-speed graphene transistors with a self-aligned nanowire gate to prevent such degradation. A Co2Si–Al2O3 core–shell nanowire is used as the gate, with the source and drain electrodes defined through a self-alignment process and the channel length defined by the nanowire diameter. The physical assembly of the nanowire gate preserves the high carrier mobility in graphene, and the self-alignment process ensures that the edges of the source, drain and gate electrodes are automatically and precisely positioned so that no overlapping or significant gaps exist between these electrodes, thus minimizing access resistance. It therefore allows for transistor performance not previously possible. Graphene transistors with a channel length as low as 140 nm have been fabricated with the highest scaled on-current (3.32 mA μm−1) and transconductance (1.27 mS μm−1) reported so far. Significantly, on-chip microwave measurements demonstrate that the self-aligned devices have a high intrinsic cut-off (transit) frequency of fT = 100–300 GHz, with the extrinsic fT (in the range of a few gigahertz) largely limited by parasitic pad capacitance. The reported intrinsic fT of the graphene transistors is comparable to that of the very best high-electron-mobility transistors with similar gate lengths10.

Unlike the unstable black phosphorous, another two-dimensional group-VA material, antimonene, was recently predicted to exhibit good stability and remarkable physical properties. However, the synthesis of high-quality monolayer or few-layer antimonenes, sparsely reported, has greatly hindered the development of this new field. Here, we report the van der Waals epitaxy growth of few-layer antimonene monocrystalline polygons, their atomical microstructure and stability in ambient condition. The high-quality, few-layer antimonene monocrystalline polygons can be synthesized on various substrates, including flexible ones, via van der Waals epitaxy growth. Raman spectroscopy and transmission electron microscopy reveal that the obtained antimonene polygons have buckled rhombohedral atomic structure, consistent with the theoretically predicted most stable β-phase allotrope. The very high stability of antimonenes was observed after aging in air for 30 days. First-principle and molecular dynamics simulation results confirmed that compared with phosphorene, antimonene is less likely to be oxidized and possesses higher thermodynamic stability in oxygen atmosphere at room temperature. Moreover, antimonene polygons show high electrical conductivity up to 104 S m-1 and good optical transparency in the visible light range, promising in transparent conductive electrode applications.

A few-layer MoS2 photodetector driven by poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene) ferroelectrics is achieved. The detectivity and responsitivity are up to 2.2 × 10(12) Jones and 2570 A W(-1), respectively, at 635 nm with ZERO gate bias. E(g) of MoS2 is tuned by the ultrahigh electrostatic field from the ferroelectric polarization. The photoresponse wavelengths of the photodetector are extended into the near-infrared (0.85-1.55 μm).

Graphene has the potential for high-speed, wide-band photodetection, but only with very low external quantum efficiency and no spectral selectivity. Here we report a dramatic enhancement of the overall quantum efficiency and spectral selectivity that enables multicolour photodetection, by coupling graphene with plasmonic nanostructures. We show that metallic plasmonic nanostructures can be integrated with graphene photodetectors to greatly enhance the photocurrent and external quantum efficiency by up to 1,500%. Plasmonic nanostructures of variable resonance frequencies selectively amplify the photoresponse of graphene to light of different wavelengths, enabling highly specific detection of multicolours. Being atomically thin, graphene photodetectors effectively exploit the local plasmonic enhancement effect to achieve a significant enhancement factor not normally possible with traditional planar semiconductor materials. Among the wide range of potential applications of graphene, photodetection is believed to be among the most promising. By combining graphene with plasmonic nanostructures, Duan and colleagues observe dramatic improvements in the efficiency and spectral sensitivity of graphene-based photodetectors.

Two types (imine and boronate) of covalent organic frameworks (COFs) having a porphyrin unit have been synthesized. The two highly crystalline porphyrin COFs (COF-366 and COF-66) display excellent chemical and thermal stability and are permanently porous. Two-dimensional extended layered structures of the two COFs demonstrate very high charge carrier mobility values (8.1 cm2 V−1 s−1).

Black phosphorus (BP), a burgeoning elemental 2D semiconductor, has aroused increasing scientific and technological interest, especially as a channel material in field-effect transistors (FETs). However, the intrinsic instability of BP causes practical concern and the transistor performance must also be improved. Here, the use of metal-ion modification to enhance both the stability and transistor performance of BP sheets is described. Ag+ spontaneously adsorbed on the BP surface via cation-π interactions passivates the lone-pair electrons of P thereby rendering BP more stable in air. Consequently, the Ag+ -modified BP FET shows greatly enhanced hole mobility from 796 to 1666 cm2 V-1 s-1 and ON/OFF ratio from 5.9 × 104 to 2.6 × 106 . The mechanisms pertaining to the enhanced stability and transistor performance are discussed and the strategy can be extended to other metal ions such as Fe3+ , Mg2+ , and Hg2+ . Such stable and high-performance BP transistors are crucial to electronic and optoelectronic devices. The stability and semiconducting properties of BP sheets can be enhanced tremendously by this novel strategy.

High-performance MoS2 transistors are developed using atomic hexagonal boron nitride as a tunneling layer to reduce the Schottky barrier and achieve low contact resistance between metal and MoS2. Benefiting from the ultrathin tunneling layer within 0.6 nm, the Schottky barrier is significantly reduced from 158 to 31 meV with small tunneling resistance. As a service to our authors and readers, this journal provides supporting information supplied by the authors. Such materials are peer reviewed and may be re-organized for online delivery, but are not copy-edited or typeset. Technical support issues arising from supporting information (other than missing files) should be addressed to the authors. Please note: The publisher is not responsible for the content or functionality of any supporting information supplied by the authors. Any queries (other than missing content) should be directed to the corresponding author for the article.

Transparent conductive film on plastic substrate is a critical component in low-cost, flexible, and lightweight optoelectronics. Industrial-scale manufacturing of high-performance transparent conductive flexible plastic is needed to enable wide-ranging applications. Here, we demonstrate a continuous roll-to-roll (R2R) production of transparent conductive flexible plastic based on a metal nanowire network fully encapsulated between graphene monolayer and plastic substrate. Large-area graphene film grown on Cu foil via a R2R chemical vapor deposition process was hot-laminated onto nanowires precoated EVA/PET film, followed by a R2R electrochemical delamination that preserves the Cu foil for reuse. The encapsulated structure minimized the resistance of both wire-to-wire junctions and graphene grain boundaries and strengthened adhesion of nanowires and graphene to plastic substrate, resulting in superior optoelectronic properties (sheet resistance of ∼8 Ω sq(-1) at 94% transmittance), remarkable corrosion resistance, and excellent mechanical flexibility. With these advantages, long-cycle life flexible electrochromic devices are demonstrated, showing up to 10000 cycles.

We report the structure, optical, and gas-sensing properties of ZnO nanorods with different diameters. Vertically well-aligned homogeneous nanorods were grown along the c-axis orientation. The shift of Raman scattering E2 (high) mode and photoluminescence (PL) spectra were used to study the dependences of nanorod diameters on the stress and oxygen vacancy. Gas sensors were prepared and tested for the detection of C2H5OH and H2S (100 ppm) in air. It was found that the thin nanorods have a significantly better sensing performance than the thick nanorods. We provide a possible explanation from the aspect of the sensing mechanism of the surface reaction process.