物理學院呂勁課題組及其合作者在Progress in Materials Science上 發(fā)表硅烯長篇綜述

時間：2016-05-12 19:56  作者：  來源：物理學院

　　日前，北京大學物理學院呂勁課題組與大連理工大學、中科院物理所以及北京理工大學的同事合作在Progress in Materials Science（《材料科學進展》）發(fā)表了迄今為止最全面的介紹硅烯的長篇綜述文章“Rise of Silicene: a Competitive 2D Material” 【Progress in Materials Science 83，24-151（2016），共128頁】。Progress in Materials Science是國際材料科學研究領域的權(quán)威綜述性學術期刊，在材料界具有重要影響。它致力于發(fā)表非常有影響力的綜述文章，以全面、權(quán)威、重要和可讀性而著稱，該期刊2015年的影響因子為27.417。

　　石墨烯在2004年被英國科學家Geim和Novoselov發(fā)現(xiàn)，第一次把二維材料真實地展現(xiàn)在人們面前，由此在全世界范圍內(nèi)掀起了研究 二維材料的高潮，在此之前，二維材料被認為是不能存在的。鑒于硅是半導體工業(yè)的主要材料，與石墨烯類似的硅烯一經(jīng)提出，便吸引了廣泛的關注。最近幾年，實 驗上成功制備出硅烯，尤其是制備出硅烯晶體管，進一步推動了硅烯的研究。硅烯除了具有石墨烯的大部分優(yōu)異的電子性質(zhì)，如狄拉克錐以及極高的費米速度和遷移 率，還具有其他獨特的優(yōu)勢：1）強自旋軌道耦合，有利于在實驗上可達到的溫度下實現(xiàn)量子自旋霍爾效應；2）可調(diào)的帶隙，這是作為有效的場效應管的溝道材料 的前提條件；3）更易谷極化，適合谷電子學的研究。該綜述全面系統(tǒng)地總結(jié)了硅烯的基本性質(zhì)和實驗制備與表征，詳細分析了硅烯在電子器件應用上所面臨的瓶頸 及自旋器件上的潛在應用，對化學、物理、信息及材料等相關領域的研究具有重要的參考價值。

　　在硅烯的研究中，國內(nèi)的科學家表現(xiàn)不俗，在硅烯的電子拓撲結(jié)構(gòu)、生長、器件設計等方面作出了顯著的貢獻，產(chǎn)生了廣泛的影響。呂勁課題組長期 從事石墨烯、硅烯等二維狄拉克材料及相關器件的理論研究。石墨烯、硅烯等二維狄拉克材料都有超薄的單原子層厚度和極高的電子遷移率，在高速電子器件方面有 很大的應用潛力。但是它們本身能隙為零，做成晶體管開關比太低。針對石墨烯、硅烯的零能隙問題，他們提出了多種在保持高遷移率前提下打開帶隙的策略并進行 了相應的器件模擬：通過BN片夾石墨烯【NPG Asia Materials 4，e6（2012）】、施加垂直電場【Nano Letters 12，113（2012)），該文進入ISI高影響論文，已被引用398次】、表面吸附【Scientific Reports 2，853 (2012)；Scientific Reports 3，1794（2013）；Nanoscale 6，7609（2014）】以及挖孔造成納米網(wǎng)【Scientific Reports 5，9075（2015）】。此外，他們還發(fā)現(xiàn)零能隙的硅烯和石墨烯如果垂直堆積在一起，可以構(gòu)成全金屬高表現(xiàn)場效應管【Advanced Functional Materials 25，68 （2015)】。

　　呂勁與大連理工大學趙紀軍、北京理工大學姚裕貴、中科院物理所吳克輝為并列通訊作者，合作單位還包括北京郵電大學。北大物理學院的博士畢業(yè) 生屈賀如歌（現(xiàn)為北京郵電大學教師）、博士生王洋洋撰寫了硅烯電子器件和自旋器件的章節(jié)。此外，他們還應邀在《中國物理》的《硅烯》專輯上撰寫了介紹硅烯 的綜述。其他合作者還有北京大學的俞大鵬、史俊杰、楊金波教授。

　　上述研究工作得到了國家自然科學基金、國家重大研究計劃、人工微結(jié)構(gòu)和介觀物理國家重點實驗室、量子物質(zhì)科學協(xié)同創(chuàng)新中心以及漢江學者計劃的支持。