Germanen

Germanen  je materiál skládající se z jediné vrstvy atomů germania , jehož dvourozměrná krystalová struktura je podobná grafenu [2] .

Historie akvizice

Struktura germanenu je diskutována od poloviny 90. let [3] a jeho stabilita (současně se silicenem ) byla předpovězena v teoretické práci v roce 2009 [4] , podle níž je germanen dvourozměrné zakřivené vrstvy. Bylo také ukázáno, že nosiče náboje v germanenu jsou popsány Diracovou rovnicí pro bezhmotné fermiony : zákon rozptylu v blízkosti Diracových bodů je lineární a zakázané pásmo je nulové (germanen je polokov ) . Germanan byl získán v roce 2013, což je hydrogenovaný germanen (pojmenovaný podobně jako graphan , což je hydrogenovaný grafen) [4] .

Germanene poprvé získaly v roce 2014 dvě vědecké skupiny: evropská a čínská, které pracovaly nezávisle. Proces jeho získávání je podobný procesu získávání silicenu a grafenu : k nanesení vrstvy germania na inertní základní substrát se používá hluboké vakuum a vysoká teplota . Evropská skupina používala zlato jako substrát , čínská skupina platinu [5] .

Struktura a vlastnosti

Vysoce kvalitní germanenové filmy mají neobvyklé dvourozměrné struktury s novými elektronickými vlastnostmi, o kterých se očekává, že budou žádané v polovodičovém průmyslu, vědeckém výzkumu a kvantových počítačích [6] .

Krystalová mřížka germanenu (jako u grafenu - šestiúhelníkové " voštiny " [7] ) může být reprezentována kombinací dvou vzájemně se prostupujících ekvivalentních krystalických Bravaisových podmřížek s jednotkovou buňkou ve formě rovnoběžníku . Takové strukturní vlastnosti jsou zodpovědné za pásovou strukturu germanenu [7] . Na rozdíl od grafenu si dvourozměrné vrstvy germanenu nezachovávají plochý tvar, ale mají tendenci se ohýbat [8] , což je obdoba silicenu.

Z hlediska teorie pásem je důležitou výhodou oproti grafenu existující možnost vytvoření zakázaného pásu aplikací elektrického pole kolmo k povrchu materiálu, což otevírá cestu k vytvoření tranzistoru s efektem pole pracujícího při pokojová teplota [9] . Tento efekt lze vysvětlit tím, že germanenová krystalová mřížka ztrácí symetrii svých podmřížek, které se působením elektrického pole stávají neekvivalentními [10] . Existují výpočty, které svědčí ve prospěch možnosti pozorování spinového Hallova jevu u germanenu [11] . Na základě výpočtů pomocí teorie funkcionálu hustoty se ukázalo, že germanen by si měl zachovat vysokou strukturální stabilitu, když v něm vznikají mechanická napětí [12] . Funkcionalizovaný germanen je kandidátem na topologické izolátory [13] .

Možné aplikace

Germanenový tranzistor s efektem pole může být široce používán v elektronice [9] . Existují studie, které svědčí ve prospěch možnosti využití germanenu při výrobě sodno-iontových baterií [14] . Vodíkem zakončené nanoružky vyrobené z germanenu jsou slibným materiálem pro spintroniku [15] .

Poznámky

  1. ↑ Dávila ME , Xian L , Cahangirov S , Rubio A , Le Lay G. Germanene: nový dvourozměrný germaniový allotrop podobný grafenu a silicenu  // New Journal of Physics. - 2014. - 9. září ( vol. 16 , No. 9 ). - S. 095002 . — ISSN 1367-2630 . - doi : 10.1088/1367-2630/16/9/095002 .
  2. ↑ Davydov S.Yu. „O odhadech bodu tání sloučenin podobných grafenu“ . Fyzika a technologie polovodičů . FTI je. A.F. Ioffe (19. listopadu 2015). Staženo 15. ledna 2020. Archivováno z originálu 18. září 2019.
  3. ↑ Kyozaburo Takeda, Kenji Shiraishi. Teoretická možnost stupňovitého zvlnění v Si a Ge analogech grafitu  (anglicky)  // Physical Review B. - 1994-11-15. — Sv. 50 , iss. 20 . — S. 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. Dvou- a jednorozměrné voštinové struktury křemíku a germánia  (anglicky)  // Physical Review Letters. — 2009-06-12. — Sv. 102 , iss. 23 . — S. 236804 . - ISSN 1079-7114 0031-9007, 1079-7114 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.102.236804 .
  5. ↑ Rebecca Kaplanová. Germanene: Grafen „bratranec“ syntetizován pomocí zlatého substrátu  (anglicky) . Tech Times (11. září 2014). Získáno 23. září 2014. Archivováno z originálu 14. září 2014.
  6. ↑ Germanium vzniklo z germania za účasti německých fyziků Archivní kopie ze dne 6. října 2014 na Wayback Machine  (rusky) na webu lenta.ru , 10. září 2014
  7. ↑ 1 2 Jurij Efremovič Lozovik, S. P. Merkulová, A. A. Sokolik. Kolektivní elektronické jevy v grafenu  // Uspekhi fizicheskikh nauk. — 2008-07-01. - T. 178 , č.p. 7 . — S. 757–776 . — ISSN 0042-1294 . Archivováno z originálu 7. srpna 2020.
  8. ↑ ME Dávila, L Xian, S Cahangirov, A Rubio, G Le Lay. Germanene: nový dvourozměrný germaniový allotrop podobný grafenu a silicenu  // New Journal of Physics. — 2014-09-09. - T. 16 , č.p. 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. Tunable Bandgap in Silicene and Germanene  (anglicky)  // Nano Letters. — 2012-01-11. — Sv. 12 , iss. 1 . — S. 113–118 . — ISSN 1530-6992 1530-6984, 1530-6992 . - doi : 10.1021/nl203065e . Archivováno z originálu 29. září 2019.
  10. ↑ T. P. Kaloni, U. Schwingenschlögl. Stabilita germanenu pod napětím  (anglicky)  // Chemical Physics Letters. — 2013-09. — Sv. 583 . — S. 137–140 . - doi : 10.1016/j.cplett.2013.08.001 . Archivováno z originálu 15. ledna 2020.
  11. ↑ A Acun, L Zhang, P Bampoulis, M Farmanbar, A van Houselt. Germanene: germaniový analog grafenu  // Journal of Physics: Condensed Matter. — 2015-11-11. - T. 27 , č.p. 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. Aktuální vývoj silicenu a germanenu  (anglicky)  // physica status solidi (RRL) – Rapid Research Letters. - 2016. - Sv. 10 , iss. 2 . — S. 133–142 . — ISSN 1862-6270 . - doi : 10.1002/pssr.201510338 . Archivováno z originálu 15. ledna 2020.
  13. ↑ Chen Si, Junwei Liu, Yong Xu, Jian Wu, Bing-Lin Gu. Funkcionalizovaný germanen jako prototyp dvourozměrných topologických izolátorů s velkou mezerou  // Physical Review B. - 2014-03-24. - T. 89 , č.p. 11 . - S. 115429 . - doi : 10.1103/PhysRevB.89.115429 .
  14. ↑ Bohayra Mortazavi, Arezoo Dianat, Gianaurelio Cuniberti, Timon Rabczuk. Aplikace silicenu, germanenu a stanenu pro skladování Na nebo Li iontů: Teoretický výzkum  //  Electrochimica Acta. — 2016-09. — Sv. 213 . — S. 865–870 . - doi : 10.1016/j.electacta.2016.08.027 . Archivováno z originálu 15. ledna 2020.
  15. ↑ Yangyang Wang, Jiaxin Zheng, Zeyuan Ni, Ruixiang Fei, Qihang Liu. POLOMETALICKÉ SILICENOVÉ A GERMANENOVÉ NANORIBBONY: K VYSOCE VÝKONNÉMU ZAŘÍZENÍ SPINTRONICS   // Nano . — 2012-10. — Sv. 07 , iss. 05 . — S. 1250037 . - ISSN 1793-7094 1793-2920, 1793-7094 . - doi : 10.1142/S1793292012500373 . Archivováno z originálu 15. ledna 2020.