Using first-principles electronic structure calculations, we show a metal-semiconductor transition of a metallic graphene nanoribbon with zigzag edges induced by substitutional doping of nitrogen or boron atoms at the edges. A field effect transistor consisting of a metal-semiconductor-metal junction can then be constructed by selective doping of the ribbon edges. The current-voltage characteristics of such a prototype device is determined by the first-principles quantum transport calculations.

1.
K.
Nakada
,
M.
Fujita
,
G.
Dresselhaus
, and
M. S.
Dresselhaus
,
Phys. Rev. B
54
,
17954
(
1996
).
2.
K.
Wakabayashi
,
M.
Fujita
,
H.
Ajiki
, and
M.
Sigrist
,
Phys. Rev. B
59
,
8271
(
1999
).
3.
K.
Kusakabe
and
M.
Maruyama
,
Phys. Rev. B
67
,
092406
(
2003
).
4.
Y.-W.
Son
,
M. L.
Cohen
, and
S. G.
Louie
,
Phys. Rev. Lett.
97
,
216803
(
2006
).
5.
T. B.
Martins
,
R. H.
Miwa
,
Antonio J.R.
da Silva
, and
A.
Fazzio
,
Phys. Rev. Lett.
98
,
196803
(
2007
).
6.
Q. M.
Yan
,
B.
Huang
,
J.
Yu
,
F. W.
Zheng
,
J.
Zang
,
J.
Wu
,
B. L.
Gu
,
F.
Liu
, and
W. H.
Duan
,
Nano Lett.
7
,
1469
(
2007
).
7.
L.
Pisani
,
J. A.
Chan
,
B.
Montanari
, and
N. M.
Harrison
,
Phys. Rev. B
75
,
064418
(
2007
).
8.
M. Y.
Han
,
B.
Oezyilmaz
,
Y.
Zhang
, and
P.
Kim
,
Phys. Rev. Lett.
98
,
206805
(
2007
).
9.
Z.
Chen
,
Y. M.
Lin
,
M. J.
Rooks
, and
Ph.
Avouris
,
Physica E (Amsterdam)
40
,
228
(
2007
).
10.
D. A.
Areshkin
and
C. T.
White
,
Nano Lett.
11
,
3253
(
2007
).
11.
A. H.
Castro Neto
,
F.
Guinea
,
N. M. R.
Peres
,
K. S.
Novoselov
, and
A. K.
Geim
, e-print arXiv:cond-mat/07091163.
12.
G.
Fiori
and
G.
Iannaccone
,
IEEE Electron Device Lett.
28
,
760
(
2007
).
13.
Ph.
Avouris
,
Acc. Chem. Res.
35
,
1026
(
2002
).
14.
A.
Javey
,
J.
Guo
,
D. B.
Farmer
,
Q.
Wang
,
D.
Wang
,
R. G.
Gordon
,
M.
Lundstrom
, and
H.
Dai
,
Nano Lett.
4
,
447
(
2004
).
15.
R. T.
Weitz
,
U.
Zschieschang
,
F.
Effenberger
,
H.
Klauk
,
M.
Burghard
, and
K.
Kern
,
Nano Lett.
7
,
22
(
2007
).
16.
D.
Jiang
,
B. G.
Sumpter
, and
S. J.
Dai
,
J. Phys. Chem. B
110
,
23628
(
2006
).
17.
G.
Zhou
and
W. H.
Duan
,
J. Nanosci. Nanotechnol.
5
,
1421
(
2005
).
18.
N. M. R.
Peres
,
F. D.
Klironomos
,
S.-W.
Tsai
,
J. R.
Santos
,
J. M. B.
Lopes dos Santos
, and
A. H.
Castro Neto
,
Europhys. Lett.
80
,
67007
(
2007
).
19.
G.
Kresse
and
J.
Furthmüller
,
Comput. Mater. Sci.
6
,
15
(
1996
).
20.
J.
Taylor
,
H.
Guo
, and
J.
Wang
,
Phys. Rev. B
63
,
245407
(
2001
).
21.
M.
Brandbyge
,
J. L.
Mozos
,
P.
Ordejón
,
J.
Taylor
, and
K.
Stokbro
,
Phys. Rev. B
65
,
165401
(
2002
).
22.
N. D.
Mermin
and
H.
Wagner
,
Phys. Rev. Lett.
17
,
1133
(
1966
).
23.
A.
Hoffman
,
I.
Gouzman
, and
R.
Brener
,
Appl. Phys. Lett.
64
,
845
(
1994
).
24.
S. M.
Sze
,
Physics of Semiconductor Devices
(
Wiley
,
New York
,
1981
), Chap. 8, p.
447
.
You do not currently have access to this content.