İlerleme | Sililen yüzeyinde tek katmanlı bir grafen "koruyucu katman" ın inşası ve heteroyapısının araştırma ilerlemesi
Sililen, silikon atomlarının düzenlendiği bal peteği kıvrımlı bir yapıdır. Grafene benzer geometrik konfigürasyonu nedeniyle teorik hesaplamalar, sililenin bant yapısının grafeninkine benzer olduğunu bulmuştur Dirac konileri ayrıca Brillouin bölgesinin tepe açısında (K noktası) da mevcuttur ve taşıyıcılar kütlesizdir. Dirac fermiyonları. Silis atomları karbon atomlarından daha ağır olduğu için, silisen daha güçlü bir spin-yörünge bağlaşım etkileşimine sahiptir.Teorik olarak, kuantum spin Hall etkisini ve silisende kuantum anormal Hall etkisini gözlemlemenin mümkün olduğunu tahmin etmektedir. Teorik hesaplamalar ayrıca sililenin Dirac noktasındaki enerji boşluğunun harici elektrik alanı veya alkali metal atom adsorpsiyonu aracılığıyla ayarlanabileceğini bulmuştur. Bununla birlikte, nispeten aktif kimyasal özellikleri nedeniyle, sililenin havada oksitlenmesi son derece kolaydır. L. Tao ve arkadaşları, 2015 yılında ilk kez sililen transistör cihazlarını başarıyla üretti ve sililenin taşıyıcı hareketliliğini ölçtü, ancak havadaki sililen dengesizliği nedeniyle hazırladıkları cihazlar sadece iki dakika hayatta kaldı. . Öte yandan, sililen bazlı heteroyapıların da teorik olarak mükemmel fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip olduğu tahmin edilmektedir, ancak silikon, doğası gereği grafite benzer katmanlı bir malzemeye sahip olmadığı için, sililen geleneksel mekanik soyma yöntemleriyle elde edilemez. Bununla birlikte, sililen bazlı heteroyapı sistemleri, geleneksel "istifleme" yöntemleriyle hazırlanamaz. Bu nedenle, kararlı sililen ve sililen bazlı iki boyutlu heteroyapıların nasıl hazırlanacağı şu anda deneylerde büyük zorluklarla karşı karşıyadır.
Son yıllarda Çin Bilimler Akademisi Fizik Enstitüsü / Pekin Ulusal Yoğun Madde Fiziği ve Nanofizik ve Cihazlar Laboratuvarı Araştırma Merkezi'nden Akademisyen Gao Hongjun liderliğindeki araştırma ekibi, grafen ve grafen benzeri iki boyutlu atomik kristal malzemelerin hazırlanması, fiziksel özellikleri ve uygulama esasları üzerine araştırmalar yaptı. Araştırma, dünyanın ön saflarında yer alan bir dizi araştırma sonucuna ulaşmıştır. Geçtiğimiz on yıl içinde, moleküler ışın epitaksiyel büyüme yöntemlerini benimsemişlerdir, 1) epitaksiyel grafen, silisen, germane, hafniyum gibi geniş alanlı, yüksek kaliteli grafen ve grafen benzeri iki boyutlu atomik kristal malzemeler hazırlamıştır. 2) Grafenin çeşitli element elementlerinin interkalasyonunu anlayın; 3) Tek kristallerin yüzeyindeki evrensel grafen enterkalasyon mekanizmasını ortaya çıkarın. Bu çalışma serisi, yeni iki boyutlu malzemeleri keşfetmenin ve iki boyutlu malzemelerin heteroyapılarını inşa etmenin temelini attı.
Son zamanlarda, araştırma ekibinden Li Geng, Zhang Lizhi (ortak yazar) ve Araştırmacı Du Shixuan (ortak yazar), tek katmanlı grafen "korumalı" sililen ve onun heterojenini oluşturmak için STM deneylerini teorik hesaplamalarla birleştirdi. Yapısal araştırmada yeni ilerleme kaydedilmiştir. Önce bir Ru (0001) alt tabakası üzerinde bir grafen tabakası oluşturdular ve silen oluşturmak için altına silikon atomları yerleştirdiler. Aynı zamanda, grafen altında farklı tipte silisen nanoyapıları hazırlamak için silikon miktarını kontrol ettiler ve tarayarak tünelleme mikroskobu (STM) görüntülemesiyle analiz ettiler. Düşük dozlarda, grafen molar modelin üst bölgesi altında periyodik olarak düzenlenmiş sililen nanozajman dizisi, yeni bir içsel modelli iki boyutlu malzeme türüdür; daha yüksek dozlarda ise, eklenen Si Tek bir sililen tabakası oluşur. Daha yüksek Si dozlarında, grafen ve substrat arasında çok sayıda sililen tabakası oluşur. Bu süreçler dizisi, ilk prensip hesaplamaları ile doğrulanmıştır. Hazırlanan grafen / sililen heteroyapısının iki hafta boyunca havaya maruz bırakılması, gözlenebilir hiçbir hasar göstermedi, bu da iyi hava stabilitesini gösterdi. Heteroyapının dikey taşıma özellikleri bir düzeltme etkisi gösterir.
İlgili çalışma "Advanced Materials" üzerinde yayınlandı. Bu çalışma, Bilim ve Teknoloji Bakanlığı (2013CBA01600, 2016YFA020230, 2018FYA0305800), Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (61390501, 61474141, 11604373) ve Çin Bilimler Akademisi tarafından finanse edildi.
İlgili Bağlantılar:
https://doi.org/10.1002/adma.201804650
Şekil 1. Grafen / Ru (0001) arayüzünde sililen yapısının oluşumunun şematik diyagramı. Tavlama işlemi sırasında, biriken Si atomları grafen ve Ru substratı arasına yerleştirilir. Biriktirme miktarı küçük olduğunda, Si atomları, grafen mol modelinin üst alanının (yükseltilmiş alan) altında bal peteği şeklindeki silisen nano tabakalarını oluşturur. Si birikiminin miktarı arttıkça, interkalasyon yapısı bir sililen tek tabakalı yapı oluşturur.
Şekil 2. STM görüntüsü ve silisen nanosheet dizisinin teorik simülasyonu. (A) STM morfolojisi, Si interkalasyonundan sonra grafen / Ru (0001) yapısını gösterir. Resim, (a) 'nın büyütülmüş bir görüntüsüdür. (B, c) sililen ve grafenin sırasıyla -0,5 V ve -0,1 V önyargı voltajlarının altında aynı alanda elde edilen atom düzeyinde çözünürlük görüntüleridir. (D) Grafen molar kafesinin üst bölgesinin altına yerleştirilmiş 26 Si atomundan oluşan bir sililen tabakasının atomik yapı modeli. (E, f), deneysel gözlemlerle tutarlı olan birinci prensip hesaplamaları yoluyla (d) -0.5 eV ve -0.1 eV altındaki model tarafından simüle edilen STM görüntüleridir.
Şekil 3. STM görüntüsü ve tek bir sililen tabakasının teorik simülasyonu. (A) Ru (0001) yüzeyinde büyüyen grafen / sililen heteroyapıya ait STM görüntüsü. (B) Yüzey grafen kafesinin atomik çözünürlük görüntüsü. (C) (7 × 7) Ru (0001) / (21 × 21) silene / (8 × 8) grafen heteroyapı modelinin üstten görünümü ve yandan görünümü (süper örgü hücreler kırmızı elmaslarla işaretlenmiştir ). (D) (c) 'deki konfigürasyonun ilk prensip simülasyon STM görüntüsü.
Şekil 4. Grafen / sililen heteroyapısının elektronik yerelleştirme fonksiyonu (ELF) hesaplama ve taşıma özellikleri. (A, b) Sililen nano yaprakların ve silikon atom düzlemindeki tek katmanlı sililenin elektronik lokalizasyon fonksiyonu (ELF) dağıtım diyagramı. c) Tipik Schottky düzeltme davranışını gösteren, 105 K'da ölçülen grafen / sililen / rutenyum dikey heteroyapı akım-voltaj eğrisi. Ek, cihaz yapısının ve ölçümünün şematik bir diyagramıdır. d) Voltametri eğrisinin logaritmik grafiği. Schockley modeline uydurularak elde edilen ideal faktör 1.5'tir.
Editör: Ning Yang
En Yeni 10 Popüler Makale
Görüntülemek için başlığa tıklayın
