跳至內容

鍺烯

維基百科，自由的百科全書
鍺烯
識別
CAS號 1456602-68-8  checkY
若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。
（a）鍺烯的STM圖像。（b）剖面（（a）中的黑線）顯示了〜3.2Å的台階高度。（c）高分辨率STM圖像（因樣品漂移而失真）。（d）沿（c）中白色實線和虛線的剖面顯示，高度〜0.2Å的凸起之間的間距約為9-10Å。（e）電子衍射圖樣。（f）金（111）上的鍺烯模型。[1]

鍺烯是單層鍺原子構成的材料。[2][3]該材料的製造工藝類似於硅烯和石墨烯，即在高真空高溫環境中在基板上沉積鍺原子層。高質量的鍺烯薄膜揭示了具有新穎電子特性的不尋常二維結構，這種結構適用於半導體器件應用和材料科學研究。

製備和結構

2014年9月，G. Le Lay等人報告了在金的米勒指數（111）的晶格上用分子束外延沉積了單原子厚的有序的二維多相膜。掃描隧道顯微鏡（STM）確認了該結構並揭示了近乎平面的蜂窩狀結構。[4]

我們已經為近乎平面的鍺烯——大自然中不存在的嶄新的人工合成的鍺的同素異形體——的誕生提供了確鑿的證據。它是石墨烯的新表親。

——艾克斯-馬賽大學的Guy Le Lay，新物理學雜誌

光譜測量和密度泛函理論計算提供了進一步的證據。高質量和近乎平坦的單原子膜的發展引起人們的猜測，即鍺烯不僅可以增加相關的納米材料的新性質，甚至可以替代石墨烯。[2][5][6][7][8]

Bampoulis等人[9]報告了在Ge2Pt納米晶體的最外層上形成了鍺烯。Ge2Pt納米晶體上鍺烯的原子分辨率的STM圖像顯示了彎曲的蜂窩結構。該蜂窩狀晶格由兩個在垂直方向上相距0.2Å的六邊形子晶格組成。最近的鄰距離為2.5±0.1Å，與鍺烯中的Ge-Ge距離非常吻合。

基於STM觀察和密度泛函理論計算，在鉑上形成的顯著地更扭曲的鍺烯也已經被報道。[4][10]砷化鎵（0001）上鍺晶體的外延生長也被實現，計算結果暗示表明最小的相互作用應使鍺烯能容易地從該基底上除去。[11]

鍺烯的結構被描述為「IV族類石墨烯二維屈曲納米片」。[12]額外的鍺吸附在類石墨烯片材上會導致「啞鈴」單元的形成，每個單元都有兩個平面外的鍺原子，分別在平面的兩側。啞鈴之間會互相吸引。啞鈴結構的周期性重複排列可能會導致鍺烯的其他穩定相形成，從而改變其電磁性質。[13]

2018年10月，Junji Yuhara等人報道說，使用偏析方法可以更容易地進行鍺烯的製備，即在鍺襯底上使用裸露的銀膜並在原位實現其外延生長。[14]類似石墨烯和硅烯一樣使用偏析方法的鍺烯生長工藝被認為在更簡易地合成和轉移這種很有前途的二維電子材料上有重要意義。

性質

鍺烯的電子和光學性質已用從頭計算法確定[15]，其結構和電子性質也已用第一性原理確定。[16][17]這些特性使得該材料適用於高性能場效應晶體管（FET） [18]的溝道，並引法了在其他電子設備中使用單原子層元素的討論。[19]鍺烯的電子性質是不同尋常的，並能讓人們難得地測試狄拉克費米子的性質。[20][21]鍺烯沒有能隙，但是在每個鍺原子上都連接一個氫原子會帶來能隙。[22]這些不尋常的性能在石墨烯， 硅烯，鍺烯，錫烯（英語：Stanene），鉛烯等材料中比較常見。[23][24][25]

參考文獻

  1. ^ Dávila, María Eugenia; Le Lay, Guy. Few layer epitaxial germanene: A novel two-dimensional Dirac material. Scientific Reports. 2016, 6: 20714. Bibcode:2016NatSR...620714D. PMC 4748270 可免費查閱. PMID 26860590. doi:10.1038/srep20714. 
  2. ^ 2.0 2.1 Graphene gets a 'cousin' in the shape of germanene. Phys.org (Institute of Physics). 10 September 2014 [2020-06-15]. （原始內容存檔於2020-02-17）. 
  3. ^ Garcia, J. C.; de Lima, D. B.; Assali, L. V. C.; Justo, J. F. Group IV Graphene- and Graphane-Like Nanosheets. J. Phys. Chem. C. 2011, 115: 13242-13246. doi:10.1021/jp203657w. 
  4. ^ 4.0 4.1 Dávila, M. E. Germanene: a novel two-dimensional germanium allotrope akin to graphene and silicene. New Journal of Physics. 2014, 16 (9): 095002. Bibcode:2014NJPh...16i5002D. arXiv:1406.2488 可免費查閱. doi:10.1088/1367-2630/16/9/095002. 
  5. ^ Clifford, Jonathan. Aix-Marseille University Researchers Produce Germanium Allotrope Germanene. Uncover California Online Media. 10 September 2014 [2020-06-15]. （原始內容存檔於2020-02-17）. 
  6. ^ Gold Substrate Used To Synthesize Graphene's Cousin Germanene. Capital OTC. 2014-09-10 [11 September 2014]. （原始內容存檔於2014-09-11）. 
  7. ^ Spickernell, Sarah. Germanene: Have scientists just created the new graphene?. City A.M. 10 September 2014 [2020-06-15]. （原始內容存檔於2016-03-03）. 
  8. ^ Leathers, Jason. New Member In The Family 'Germanene'. Capital Wired. 10 September 2014 [2020-06-15]. （原始內容存檔於2016-06-03）. 
  9. ^ Bampoulis, P.; Zhang, L.; Safaei, A.; van Gastel, R.; Poelsema, B.; Zandvliet, H. J. W. Germanene termination of Ge2Pt crystals on Ge(110). Journal of Physics: Condensed Matter. 2014, 26 (44): 442001. Bibcode:2014JPCM...26R2001B. PMID 25210978. arXiv:1706.00697 可免費查閱. doi:10.1088/0953-8984/26/44/442001. 
  10. ^ Li, Linfei; Shuang-zan Lu; Jinbo Pan; Zhihui Qin; Yu-qi Wang; Yeliang Wang; Geng-yu Cao; Shixuan Du; Hong-Jun Gao. Buckled Germanene Formation on Pt(111). Advanced Materials. 2014, 26 (28): 4820–4824. PMID 24841358. doi:10.1002/adma.201400909. 
  11. ^ Kaloni, T. P.; Schwingenschlögl, U. Weak interaction between germanene and GaAs(0001) by H intercalation: A route to exfoliation. Journal of Applied Physics. 13 November 2013, 114 (18): 184307–184307–4 [2020-06-15]. Bibcode:2013JAP...114r4307K. arXiv:1310.7688 可免費查閱. doi:10.1063/1.4830016. （原始內容存檔於2016-03-25）. 
  12. ^ Ye, Xue-Sheng; Zhi-Gang Shao; Hongbo Zhao; Lei Yang; Cang-Long Wang. Intrinsic carrier mobility of germanene is larger than graphene's: first-principle calculations. RSC Advances. 2014, 4 (41): 21216–21220. doi:10.1039/C4RA01802H. 
  13. ^ Özçelik, V. Ongun; E. Durgun; Salim Ciraci. New Phases of Germanene. The Journal of Physical Chemistry Letters. 2014, 5 (15): 2694–2699. PMID 26277965. arXiv:1407.4170 可免費查閱. doi:10.1021/jz500977v. 
  14. ^ Yuhara, Junji; Hiroki Shimazu; Kouichi Ito; Akio Ohta; Masaaki Araidai; Masashi Kurosawa; Masashi Nakatake; Guy Le Lay. Germanene Epitaxial Growth by Segregation through Ag(111) Thin Films on Ge(111). ACS Nano. 2018, 12 (11): 11632–11637. PMID 30371060. doi:10.1021/acsnano.8b07006. 
  15. ^ Ni, Zeyuan; Qihang, Liu; Tang, Kechao; Zheng, Jiaxin; Zhou, Jing; Qin, Rui; Gao, Zhengxiang; Yu, Dapeng; Lu, Jing. Tunable Bandgap in Silicene and Germanene. Nano Letters. 2012, 12 (1): 113–118. Bibcode:2012NanoL..12..113N. PMID 22050667. doi:10.1021/nl203065e. 
  16. ^ Scalise, Emilio; Michel Houssa; Geoffrey Pourtois; B. van den Broek; Valery Afanas』ev; André Stesmans. Vibrational properties of silicene and germanene. Nano Research. 2013, 6 (1): 19–28. doi:10.1007/s12274-012-0277-3. 
  17. ^ Garcia, J. C.; de Lima, D. B.; Assali, L. V. C.; Justo, J. F. Group IV graphene- and graphane-like nanosheets. J. Phys. Chem. C. 2011, 115 (27): 13242–13246. arXiv:1204.2875 可免費查閱. doi:10.1021/jp203657w. 
  18. ^ Kaneko, Shiro; Tsuchiya, Hideaki; Kamakura, Yoshinari; Mori, Nobuya; Ogawa, Matsuto. Theoretical performance estimation of silicene, germanene, and graphene nanoribbon field-effect transistors under ballistic transport. Applied Physics Express. 2014, 7 (3): 035102. Bibcode:2014APExp...7c5102K. doi:10.7567/APEX.7.035102. 
  19. ^ Roome, Nathanael J.; J. David Carey. Beyond graphene: stable elemental monolayers of silicene and germanene (PDF). ACS Applied Materials & Interfaces. 2014, 6 (10): 7743–7750 [2020-06-15]. PMID 24724967. doi:10.1021/am501022x. （原始內容存檔 (PDF)於2018-07-19）. 
  20. ^ Wang, Yang; Brar, Victor W.; Shytov, Andrey V.; Wu, Qiong; Regan, William; Tsai, Hsin-Zon; Zettl, Alex; Levitov, Leonid S.; Crommie, Michael F. Mapping Dirac quasiparticles near a single Coulomb impurity on graphene. Nature Physics. 2012, 8 (9): 653–657. Bibcode:2012NatPh...8..653W. arXiv:1205.3206 可免費查閱. doi:10.1038/nphys2379. 
  21. ^ Matthes, Lars; Pulci, Olivia; Bechstedt, Friedhelm. Massive Dirac quasiparticles in the optical absorbance of graphene, silicene, germanene, and tinene. Journal of Physics: Condensed Matter. 2013, 25 (39): 395305. Bibcode:2013JPCM...25M5305M. PMID 24002054. doi:10.1088/0953-8984/25/39/395305. 
  22. ^ Berger, Andy. Beyond Graphene, a Zoo of New 2-D Materials. Discover Magazine. 17 July 2015 [19 September 2015]. （原始內容存檔於2019-11-01）. 
  23. ^ Zhu, F.; Jia, J. Epitaxial growth of two-dimensional stanene. Nature Materials. 2015, 14 (10): 1020–1025. Bibcode:2015NatMa..14.1020Z. PMID 26237127. arXiv:1506.01601 可免費查閱. doi:10.1038/nmat4384. 
  24. ^ Yuhara, J.; Fujii, Y.; Le Lay, G. Large Area Planar Stanene Epitaxially Grown on Ag(111). 2D Materials. 2018, 5: 025002. Bibcode:2018TDM.....5b5002Y. doi:10.1088/2053-1583/aa9ea0. 
  25. ^ Yuhara, J.; He, B.; Le Lay, G. Graphene's Latest Cousin: Plumbene Epitaxial Growth on a "Nano WaterCube". Advanced Materials. 2019, 31 (27): 1901017. doi:10.1002/adma.201901017. 

外部連結

取自「https://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=锗烯&oldid=82120341」