Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

(а) СТМ- изображение германена. (b) Профиль (черная линия на (a)), показывающий высоту ступенек ~ 3,2 Å. (в) СТМ-изображение высокого разрешения (искаженное дрейфом образца). (d) Профили вдоль белых непрерывных и пунктирных линий на (c), показывающие расстояние ~ 9–10 Å между выступами, имеющими высоту ~ 0,2 Å. (e) Электронограмма . (е) Модель германена на Au (111). [1]

Германен - это материал, состоящий из одного слоя атомов германия . [2] Материал создается в процессе, аналогичном силицену и графену , в котором высокий вакуум и высокая температура используются для нанесения слоя атомов германия на подложку. [2] Высококачественные тонкие пленки германена выявили необычные двумерные структуры с новыми электронными свойствами, подходящие для применения в полупроводниковых устройствах и исследованиях материаловедения.

Подготовка и структура [ править ]

В сентябре 2014 г. G. Le Lay и другие сообщили об осаждении упорядоченной двумерной многофазной пленки толщиной в один атом с помощью молекулярно-лучевой эпитаксии на поверхность золота в кристаллической решетке с индексами Миллера (111). Структура была подтверждена с помощью сканирующей туннельной микроскопии (СТМ), выявляющей почти плоскую сотовую структуру. [3]

Мы предоставили убедительные доказательства рождения почти плоского германена - нового синтетического аллотропа германия, не существующего в природе. Это новый двоюродный брат графена.

-  Ги Ле Лей из Университета Экс-Марсель , New Journal of Physics

Дополнительное подтверждение было получено с помощью спектроскопических измерений и расчетов по теории функционала плотности . Разработка высококачественных и почти плоских одноатомных пленок породила предположение, что германен может заменить графен, если не просто добавить альтернативу новым свойствам родственных наноматериалов. [2] [3] [4] [5] [6] [7]

Бампулис и другие [8] сообщили об образовании германена на внешнем слое нанокристаллов Ge 2 Pt. На СТМ-изображениях германена на нанокристаллах Ge 2 Pt с атомным разрешением обнаружена выпученная сотовая структура. Эта сотовая решетка состоит из двух гексагональных подрешеток, смещенных на 0,2 Å в вертикальном направлении друг относительно друга. Расстояние до ближайших соседей оказалось равным 2,5 ± 0,1 Å, что хорошо согласуется с расстоянием Ge-Ge в германене.

На основании наблюдений СТМ и расчетов теории функционала плотности сообщалось об образовании на платине явно более искаженной формы германена . [3] [9] Эпитаксиальный рост кристаллов германена на GaAs (0001) также был продемонстрирован, и расчеты показывают, что минимальные взаимодействия должны позволить германену легко удаляться с этой подложки. [10]

Структура германена описывается как «графеноподобный двумерный изогнутый нанолист IV группы». [11] Адсорбция дополнительного количества германия на графеноподобный лист приводит к образованию « гантелей », каждая из которых содержит два атома германия вне плоскости, по одному по обе стороны от плоскости. Гантели притягивают друг друга. Периодически повторяющееся расположение гантелей может привести к появлению дополнительных стабильных фаз германена с измененными электронными и магнитными свойствами. [12]

В октябре 2018 года Джунджи Юхара и другие сообщили, что германен легко получить методом сегрегации с использованием тонкой пленки чистого серебра на подложке Ge и добиться его эпитаксиального роста in situ. [13] Выращивание германена, аналогичного графену и силицену, методом сегрегации, считается технически очень важным для легкого синтеза и переноса этого многообещающего 2D электронного материала.

Свойства [ править ]

Электронные и оптические свойства германены были определены из Неэмпирических расчетов, [14] и структурные и электронных свойств из первых принципов. [15] [16] Эти свойства делают материал пригодным для использования в канале высокопроизводительного полевого транзистора [17] и вызвали дискуссию относительно использования элементарных монослоев в других электронных устройствах. [18] Электронные свойства германена необычны и дают редкую возможность проверить свойства фермионов Дирака . [19] [20] Германен не имеет запрещенной зоны, но присоединение атома водорода к каждому атому германия создает его.[21] Эти необычные свойствакак правилоразделяют графена , силицен , германен, stanene и plumbene . [20] [22] [23] [24]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Давила, Мария Eugenia; Ле Лей, Гай (2016). "Немногочисленный эпитаксиальный германен: новый двумерный дираковский материал" . Научные отчеты . 6 : 20714. Bibcode : 2016NatSR ... 620714D . DOI : 10.1038 / srep20714 . PMC  4748270 . PMID  26860590 .
  2. ^ a b c «Графен получает« двоюродного брата »в форме германена» . Phys.org . Институт физики. 10 сентября 2014 г.
  3. ^ a b c Давила, Мэн (2014). «Германен: новый двумерный аллотроп германия, родственный графену и силицену». Новый журнал физики . 16 (9): 095002. arXiv : 1406.2488 . Bibcode : 2014NJPh ... 16i5002D . DOI : 10.1088 / 1367-2630 / 16/9/095002 .
  4. Рианна Клиффорд, Джонатан (10 сентября 2014 г.). "Исследователи из Университета Экс-Марсель производят германий аллотроп германен" . Откройте для себя онлайн-СМИ Калифорнии.
  5. ^ «Золотой субстрат, используемый для синтеза германена, кузена графена» . Капитал внебиржевой. 10 сентября 2014 . Проверено 11 сентября 2014 года .
  6. ^ Spickernell, Сара (10 сентября 2014). "Германен: Ученые только что создали новый графен?" . Город AM .
  7. ^ Уши, Джейсон (10 сентября 2014). «Новый член семьи« Германен » » . Capital Wired .
  8. ^ Bampoulis, P .; Zhang, L .; Safaei, A .; van Gastel, R .; Poelsema, B .; Зандвлит, HJW (2014). «Германеновое окончание кристаллов Ge 2 Pt на Ge (110)». Журнал физики: конденсированное вещество . 26 (44): 442001. arXiv : 1706.00697 . Bibcode : 2014JPCM ... 26R2001B . DOI : 10.1088 / 0953-8984 / 26/44/442001 . PMID 25210978 . 
  9. ^ Ли, Линфэй; Шуанг-зан Лу; Дзинбо Пан; Чжихуэй Цинь; Ю-ци Ван; Йелианг Ван; Гэн-ю Цао; Шисюань Ду; Хун-Цзюнь Гао (2014). «Пучковатая германеновая формация на Pt (111)». Современные материалы . 26 (28): 4820–4824. DOI : 10.1002 / adma.201400909 . PMID 24841358 . 
  10. ^ Kaloni, TP; Schwingenschlögl, U. (13 ноября 2013 г.). «Слабое взаимодействие между германеном и GaAs (0001) путем интеркаляции H: путь к расслоению» . Журнал прикладной физики . 114 (18): 184307–184307–4. arXiv : 1310,7688 . Bibcode : 2013JAP ... 114r4307K . DOI : 10.1063 / 1.4830016 .
  11. ^ Е, Сюэ-Шэн; Чжи-Ган Шао; Хунбо Чжао; Лэй Ян; Цан-Лун Ван (2014). «Подвижность собственных носителей германена больше, чем у графена: расчеты из первых принципов». RSC Advances . 4 (41): 21216–21220. DOI : 10.1039 / C4RA01802H .
  12. ^ Озчелик, В. Онгун; Э. Дургун; Салим Чирачи (2014). «Новые фазы германена». Журнал писем по физической химии . 5 (15): 2694–2699. arXiv : 1407.4170 . DOI : 10.1021 / jz500977v . PMID 26277965 . 
  13. ^ Юхара, Джунджи; Хироки Симадзу; Коуичи Ито; Акио Охта; Масааки Арадаи; Масаси Куросава; Масаши Накатаке; Гай Ле Лэй (2018). «Эпитаксиальный рост германена путем сегрегации через тонкие пленки Ag (111) на Ge (111)». ACS Nano . 12 (11): 11632–11637. DOI : 10.1021 / acsnano.8b07006 . PMID 30371060 . 
  14. ^ Ни, Цзэюань; Цихан, Лю; Тан, Кечао; Чжэн, Цзясинь; Чжоу, Цзин; Цинь, Руи; Гао, Чжэнсян; Ю, Дапенг; Лу, Цзин (2012). «Настраиваемая ширина запрещенной зоны в силицене и германене». Нано-буквы . 12 (1): 113–118. Bibcode : 2012NanoL..12..113N . DOI : 10.1021 / nl203065e . PMID 22050667 . 
  15. ^ Scalise, Эмилио; Мишель Хоусса; Джеффри Пуртуа; Б. ван ден Брук; Валерий Афанасьев; Андре Стесманс (2013). «Колебательные свойства силицена и германена». Нано-исследования . 6 (1): 19–28. DOI : 10.1007 / s12274-012-0277-3 .
  16. ^ Гарсия, JC; де Лима, DB; Ассали, LVC; Хусто, Дж. Ф. (2011). «Графен и графаноподобные нанолисты группы IV». J. Phys. Chem. C . 115 (27): 13242–13246. arXiv : 1204,2875 . DOI : 10.1021 / jp203657w .
  17. ↑ Канеко, Широ; Цучия, Хидеаки; Камакура, Ёсинари; Мори, Нобуя; Огава, Мацуто (2014). «Теоретическая оценка характеристик полевых транзисторов с силиценовыми, германеновыми и графеновыми нанолентами при баллистическом транспорте». Прикладная физика Экспресс . 7 (3): 035102. Bibcode : 2014APExp ... 7c5102K . DOI : 10.7567 / APEX.7.035102 .
  18. ^ Roome, Nathanael J .; Дж. Дэвид Кэри (2014). «Помимо графена: стабильные элементарные монослои силицена и германена» (PDF) . Прикладные материалы и интерфейсы ACS . 6 (10): 7743–7750. DOI : 10.1021 / am501022x . PMID 24724967 .  
  19. ^ Ван, Ян; Брар, Виктор В .; Шытов, Андрей В .; У, Цюн; Риган, Уильям; Цай, Синь-Зон; Зеттл, Алекс; Левитов, Леонид С .; Кромми, Майкл Ф. (2012). «Отображение квазичастиц Дирака вблизи одиночной кулоновской примеси на графене». Физика природы . 8 (9): 653–657. arXiv : 1205,3206 . Bibcode : 2012NatPh ... 8..653W . DOI : 10.1038 / nphys2379 .
  20. ^ a b Маттес, Ларс; Пульчи, Оливия; Бехштедт, Фридхельм (2013). «Массивные квазичастицы Дирака в оптическом поглощении графена, силицена, германена и тинена». Журнал физики: конденсированное вещество . 25 (39): 395305. Bibcode : 2013JPCM ... 25M5305M . DOI : 10.1088 / 0953-8984 / 25/39/395305 . PMID 24002054 . 
  21. ↑ Бергер, Энди (17 июля 2015 г.). «Помимо графена, зоопарк новых двумерных материалов» . Откройте для себя журнал . Проверено 19 сентября 2015 года .
  22. ^ Чжу, Ф .; Цзя, Дж. (2015). «Эпитаксиальный рост двумерного станена». Материалы природы . 14 (10): 1020–1025. arXiv : 1506.01601 . Bibcode : 2015NatMa..14.1020Z . DOI : 10.1038 / nmat4384 . PMID 26237127 . 
  23. ^ Yuhara, J .; Fujii, Y .; Ле Лей, Г. (2018). «Планарный станен большой площади, эпитаксиально выращенный на Ag (111)» . 2D материалы . 5 : 025002. Bibcode : 2018TDM ..... 5b5002Y . DOI : 10.1088 / 2053-1583 / aa9ea0 .
  24. ^ Yuhara, J .; Он, Б .; Ле Лей, Г. (2019). «Последний родственник графена: эпитаксиальный рост плюмбена на« нано-водяном кубе » ». Современные материалы . 31 (27): 1901017. DOI : 10.1002 / adma.201901017 . PMID 31074927 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • Познакомьтесь с сексуальным новым кузеном Graphene Germanene
  • Ученые использовали золотой субстрат для выращивания двоюродного брата графена, германена
  • Семейное древо графена? Появление Германена
  • Лю, Чэн-Чэн (1 января 2011 г.). «Квантовый спиновый эффект Холла в силицене и двумерном германии». Письма с физическим обзором . 107 (7): 076802. arXiv : 1104.1290 . Bibcode : 2011PhRvL.107g6802L . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.107.076802 . PMID  21902414 .
  • Лю, Чэн-Чэн (1 января 2011 г.). «Низкоэнергетический эффективный гамильтониан, включающий спин-орбитальное взаимодействие в силицене и двумерном германии и олове». Physical Review B . 84 (19): 195430. arXiv : 1108.2933 . Bibcode : 2011PhRvB..84s5430L . DOI : 10.1103 / PhysRevB.84.195430 .