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第一次运输测量揭示了锗烯的有趣特性

发布时间:2019-02-11 07:28:01

Germanene是一种衍生自锗的二维材料,与石墨烯有关。由于它在生产的真空室外部不稳定,因此没有对其电子特性进行实际测量。由格罗宁根大学的Justin Ye教授领导的科学家们现在生产出具有稳定锗的装置。该材料是绝缘体,在适度加热后成为半导体,在强烈加热后成为非常好的金属导体。结果发表在Nano Letters期刊上。

只有一个原子层的材料在构建新型微电子学时很有意义。其中最着名的石墨烯是一种优秀的导体。像硅和锗这样的材料也很有意思,因为它们与用于器件制造的成熟协议完全兼容,并且可以无缝地集成到当前的半导体技术中。

“但锗的二维版本,锗,非常不稳定,”格罗宁根大学设备物理学副教授Justin Ye解释说。 Germanene是由锗加入钙制成的。钙离子从3-D晶体产生2-D层,然后被氢取代。这些锗和氢的二维层称为锗烷。但是一旦氢被除去形成锗烷,材料就会变得不稳定。

叶和他的同事以一种非常简单的方式解决了这个问题。他们用稳定的锗烷制造器件,然后加热材料以除去氢气。这导致了具有锗烷的稳定装置,这使科学家们能够研究其电子特性。

“最初的材料是绝缘体,”叶说。博士学位他的小组学生加热了这些设备,这是一种经过试验和测试的方法来提高电导率。他指出,这种材料变得非常导电,其电阻仅比石墨烯高一个数量级。 “所以它成了一个优秀的金属导体。”进一步的实验表明,适度加热(高达200℃)产生半导体锗烷。

因此,根据与其加工的热处理,Germanene可以是绝缘体,半导体或金属导体。冷却至室温后保持稳定。加热导致锗的多层薄片变薄 - 确认导电性的变化很可能是由氢的消失引起的。

Germanene可能对自旋电子设备的构建感兴趣。这些器件使用电子自旋电流。这是电子的量子力学性质,可以最好地将其想象为电子绕其自身轴旋转,使其表现得像小罗盘针。石墨烯是电子自旋的优良导体,但由于它们与碳原子的弱相互作用(自旋 - 轨道耦合),因此难以控制该材料中的自旋。

“锗原子比较重,这意味着有更强的自旋轨道耦合,”叶说。这将提供更好的旋转控制。因此,能够构造具有优异导电性和强自旋轨道耦合的金属锗应该为自旋电子器件铺平道路。

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