Germanen

Germaneeni  on materiaali, joka koostuu yhdestä germaniumatomikerroksesta , jonka kaksiulotteinen kiderakenne on samanlainen kuin grafeeni [2] .

Hankintahistoria

Germaneenin rakenteesta on keskusteltu 1990-luvun puolivälistä lähtien [3] ja sen stabiilisuus (samanaikaisesti silseenin kanssa ) ennustettiin teoreettisessa tutkimuksessa vuonna 2009 [4] , jonka mukaan germaneeni on kaksiulotteinen kaareva kerros. Osoitettiin myös, että germaneenin varauksenkantajat kuvataan Dirac-yhtälöllä massattomille fermioneille : dispersiolaki Dirac-pisteiden lähellä on lineaarinen ja kaistaväli on nolla (germaneeni on puolimetalli ). Germanan saatiin vuonna 2013, joka on hydrattugermaneeni (nimeltään samalla tavalla kuin grafaani , joka on hydrattu grafeeni) [4] .

Germanene hankittiin ensimmäisen kerran vuonna 2014 kahdelta tieteelliseltä ryhmältä: eurooppalaiselta ja kiinalaiselta, jotka työskentelivät itsenäisesti. Sen valmistusprosessi on samanlainen kuin silseenin ja grafeenin valmistusprosessi: syvää tyhjiötä ja korkeaa lämpötilaa käytetään germaniumkerroksen kerrostamiseen inertille perussubstraatille . Eurooppalainen ryhmä käytti kultaa substraattina , kiinalainen platinaa [5] .

Rakenne ja ominaisuudet

Laadukkailla germaneenikalvoilla on epätavallisia kaksiulotteisia rakenteita ja uusia elektronisia ominaisuuksia, joiden odotetaan olevan kysyntää puolijohdeteollisuudessa, tieteellisessä tutkimuksessa ja kvanttitietokoneissa [6] .

Germaneenin kidehila (kuten grafeeni-heksagonaalisissa " hunajakennoissa " [7] ) voidaan esittää yhdistämällä kaksi toisiinsa tunkeutuvaa ekvivalenttia kiteistä Bravais-alihilaa , joiden yksikkösolu on suunnikkaan muodossa . Tällaiset rakenteelliset ominaisuudet ovat vastuussa germaneenin nauharakenteesta [7] . Toisin kuin grafeeni, germaneenin kaksiulotteiset kerrokset eivät säilytä litteää muotoa, vaan taipuvat taipumaan [8] , mikä on samanlaista kuin silikeeni.

Kaistateorian kannalta tärkeä etu grafeeniin verrattuna on olemassa oleva mahdollisuus luoda kaistaväli kohdistamalla sähkökenttä kohtisuoraan materiaalin pintaan nähden, mikä avaa tien kentällä toimivan kenttätransistorin luomiselle. huoneen lämpötila [9] . Tämä vaikutus voidaan selittää sillä, että germaneenikidehila menettää alihiljojensa symmetrian, jotka muuttuvat epäekvivalentiksi sähkökentän vaikutuksesta [10] . On olemassa laskelmia, jotka puoltavat spin Hall -ilmiön havaitsemista germanenessa [11] . Tiheysfunktionaalista teoriaa käyttävien laskelmien perusteella on osoitettu, että germaneenin tulisi säilyttää korkea rakenteellinen stabiilisuus, kun siihen syntyy mekaanisia jännityksiä [12] . Funktionalisoitu germaneeni on ehdokas topologisille eristeille [13] .

Mahdolliset sovellukset

Germaneeni-kenttätransistoria voidaan käyttää laajasti elektroniikassa [9] . On olemassa tutkimuksia, jotka osoittavat, että germaneenia voidaan käyttää natrium-ioni-akkujen valmistuksessa [14] . Germaneenista valmistetut vetypäätteiset nanonauhat ovat lupaava materiaali spintroniikassa [15] .

Muistiinpanot

  1. ↑ Dávila ME , Xian L , Cahangirov S , Rubio A , Le Lay G. Germanene: uusi kaksiulotteinen germaniumallotrooppi, joka muistuttaa grafeenia ja silikeeniä  // New Journal of Physics. - 2014. - 9. syyskuuta ( nide 16 , nro 9 ). - S. 095002 . — ISSN 1367-2630 . - doi : 10.1088/1367-2630/16/9/095002 .
  2. ↑ Davydov S.Yu. "Grafeenin kaltaisten yhdisteiden sulamispisteen arvioista" . Puolijohteiden fysiikka ja tekniikka . FTI ne. A.F. Ioff (19. marraskuuta 2015). Haettu 15. tammikuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 18. syyskuuta 2019.
  3. ↑ Kyozaburo Takeda, Kenji Shiraishi. Teoreettinen mahdollisuus vaiheaallotukseen grafiitin Si- ja Ge-analogeissa  (englanniksi)  // Physical Review B. - 1994-11-15. — Voi. 50 , iss. 20 . — P. 14916–14922 . - ISSN 1095-3795 0163-1829, 1095-3795 . - doi : 10.1103/PhysRevB.50.14916 .
  4. ↑ 1 2 S. Cahangirov, M. Topsakal, E. Aktürk, H. Şahin, S. Ciraci. Kaksi- ja yksiulotteiset hunajakennorakenteet piistä ja germaniumista  (englanniksi)  // Physical Review Letters. - 2009-06-12. — Voi. 102 , iss. 23 . — P. 236804 . - ISSN 1079-7114 0031-9007, 1079-7114 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.102.236804 .
  5. ↑ Rebecca Kaplan. Germaneeni: Grafeenin "serkku" syntetisoitu kultasubstraattia käyttäen  (englanniksi) . Tech Times (11. syyskuuta 2014). Haettu 23. syyskuuta 2014. Arkistoitu alkuperäisestä 14. syyskuuta 2014.
  6. ↑ Germanium luotiin germaniumista saksalaisten fyysikojen osallistuessa. Arkistokopio päivätty 6. lokakuuta 2014 Wayback Machinessa  (venäläinen) verkkosivustolla lenta.ru , 10. syyskuuta 2014
  7. ↑ 1 2 Juri Efremovich Lozovik, S. P. Merkulova, A. A. Sokolik. Kollektiiviset elektroniset ilmiöt grafeenissa  // Uspekhi fizicheskikh nauk. - 01-07-2008 - T. 178 , no. 7 . — S. 757–776 . — ISSN 0042-1294 . Arkistoitu alkuperäisestä 7.8.2020.
  8. ↑ ME Dávila, L Xian, S Cahangirov, A Rubio, G Le Lay. Germanene: uusi kaksiulotteinen germaniumallotrooppi, joka muistuttaa grafeenia ja silikeeniä  // New Journal of Physics. – 9.9.2014. - T. 16 , no. 9 . - S. 095002 . — ISSN 1367-2630 . - doi : 10.1088/1367-2630/16/9/095002 .
  9. ↑ 1 2 Zeyuan Ni, Qihang Liu, Kechao Tang, Jiaxin Zheng, Jing Zhou. Viritettävä bandgap silicene- ja germaane-kielillä  (englanniksi)  // Nano Letters. – 11.1.2012. — Voi. 12 , iss. 1 . — s. 113–118 . — ISSN 1530-6992 1530-6984, 1530-6992 . - doi : 10.1021/nl203065e . Arkistoitu alkuperäisestä 29. syyskuuta 2019.
  10. ↑ T. P. Kaloni, U. Schwingenschlögl. Germaneenin stabiilisuus jännitysjännityksen alla  (englanniksi)  // Chemical Physics Letters. - 2013-09. — Voi. 583 . — s. 137–140 . - doi : 10.1016/j.cplett.2013.08.001 . Arkistoitu alkuperäisestä 15. tammikuuta 2020.
  11. ↑ A Acun, L Zhang, P Bampoulis, M Farmanbar, A van Houselt. Germaneeni: grafeenin germaniumanalogi  // Journal of Physics: Condensed Matter. – 11.11.2015. - T. 27 , no. 44 . - S. 443002 . — ISSN 1361-648X 0953-8984, 1361-648X . - doi : 10.1088/0953-8984/27/44/443002 .
  12. ↑ T. P. Kaloni, G. Schreckenbach, MS Freund, U. Schwingenschlögl. Nykyinen kehitys silseenissä ja germaneenissa  (englanniksi)  // physica status solidi (RRL) – Rapid Research Letters. - 2016. - Vol. 10 , iss. 2 . — s. 133–142 . — ISSN 1862-6270 . - doi : 10.1002/pssr.201510338 . Arkistoitu alkuperäisestä 15. tammikuuta 2020.
  13. ↑ Chen Si, Junwei Liu, Yong Xu, Jian Wu, Bing-Lin Gu. Toiminnallinen germaneeni suurirakoisten kaksiulotteisten topologisten eristeiden prototyyppinä  // Physical Review B. - 2014-03-24. - T. 89 , no. 11 . - S. 115429 . - doi : 10.1103/PhysRevB.89.115429 .
  14. ↑ Bohayra Mortazavi, Arezoo Dianat, Gianaurelio Cuniberti, Timon Rabczuk. Silikeenin, germaneenin ja staneenin käyttö Na- tai Li-ionien varastointiin: teoreettinen tutkimus  //  Electrochimica Acta. – 2016-09. — Voi. 213 . — s. 865–870 . - doi : 10.1016/j.electacta.2016.08.027 . Arkistoitu alkuperäisestä 15. tammikuuta 2020.
  15. ↑ Yangyang Wang, Jiaxin Zheng, Zeyuan Ni, Ruixiang Fei, Qihang Liu. PUOLIMETALLISET SILISEENI- JA GERMANEENINANORIBBONIT: KOHTI SUORITEHTUKSIA SPINTRONICS-LAITETTA   // Nano . – 2012-10. — Voi. 07 , iss. 05 . — P. 1250037 . - ISSN 1793-7094 1793-2920, 1793-7094 . - doi : 10.1142/S1793292012500373 . Arkistoitu alkuperäisestä 15. tammikuuta 2020.