Germanene是一種衍生自鍺的二維材料，與石墨烯有關(guān)。由于它在生產(chǎn)的真空室外部不穩(wěn)定，因此沒(méi)有對(duì)其電子特性進(jìn)行實(shí)際測(cè)量。由格羅寧根大學(xué)的Justin Ye教授領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家現(xiàn)在已經(jīng)設(shè)法生產(chǎn)出具有穩(wěn)定鍺的裝置。該材料是絕緣體，在適度加熱后成為半導(dǎo)體，在強(qiáng)烈加熱后成為非常好的金屬導(dǎo)體。結(jié)果發(fā)表在Nano Letters期刊上。

只有一個(gè)原子層的材料在構(gòu)建新型微電子學(xué)時(shí)很有意義。其中最著名的石墨烯是一種優(yōu)秀的導(dǎo)體。像硅和鍺這樣的材料也很有意思，因?yàn)樗鼈兣c用于器件制造的成熟協(xié)議完全兼容，并且可以無(wú)縫地集成到當(dāng)前的半導(dǎo)體技術(shù)中。

不穩(wěn)定

“但鍺的二維版本鍺，非常不穩(wěn)定”，格羅寧根大學(xué)設(shè)備物理學(xué)副教授Justin Ye解釋道。Germanene是由鍺加入鈣制成的。鈣離子從3D晶體產(chǎn)生2D層，然后被氫取代。這些2D和鍺氫層稱為鍺烷。但是一旦氫被除去形成鍺烷，材料就會(huì)變得不穩(wěn)定。

葉和他的同事以一種非常簡(jiǎn)單的方式解決了這個(gè)問(wèn)題。他們用穩(wěn)定的鍺烷制造器件，然后加熱材料以除去氫氣。這導(dǎo)致了具有鍺烷的穩(wěn)定裝置，這使科學(xué)家們能夠研究其電子特性。

氫

“最初的材料是絕緣體”，葉說(shuō)。博士學(xué)位 他的小組學(xué)生加熱了這些設(shè)備，這是一種經(jīng)過(guò)試驗(yàn)和測(cè)試的方法來(lái)提高電導(dǎo)率。他指出，這種材料變得非常導(dǎo)電，其電阻僅比石墨烯高一個(gè)數(shù)量級(jí)。“所以它成了一個(gè)優(yōu)秀的金屬導(dǎo)體。” 進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明，適度加熱(高達(dá)200℃)產(chǎn)生半導(dǎo)體鍺烷。

因此，根據(jù)與其加工的熱處理，Germanene可以是絕緣體，半導(dǎo)體或金屬導(dǎo)體。冷卻至室溫后保持穩(wěn)定。加熱導(dǎo)致鍺的多層薄片變薄 - 確認(rèn)導(dǎo)電性的變化很可能是由氫的消失引起的。

自旋電子設(shè)備

Germanene可能對(duì)自旋電子設(shè)備的構(gòu)建感興趣。這些器件使用電子自旋電流。這是電子的量子力學(xué)性質(zhì)，可以最好地將其想象為電子繞其自身軸旋轉(zhuǎn)，使其表現(xiàn)得像小羅盤針。石墨烯是電子自旋的優(yōu)良導(dǎo)體，但由于它們與碳原子的弱相互作用(自旋 - 軌道耦合)，因此難以控制該材料中的自旋。

“鍺原子比較重，這意味著有更強(qiáng)的自旋 - 軌道耦合”，Ye說(shuō)。這將提供更好的旋轉(zhuǎn)控制。因此，能夠構(gòu)造具有優(yōu)異導(dǎo)電性和強(qiáng)自旋軌道耦合的金屬鍺應(yīng)該為自旋電子器件鋪平道路。