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物理学院吕劲课题组及其合作者在Progress in Materials Science上 发表硅烯长篇综述

时间:2016-05-12 19:56  作者:  来源:物理学院

  日前,北京大学物理学院吕劲课题组与大连理工大学、中科院物理所以及北京理工大学的同事合作在Progress in Materials Science(《材料科学进展》)发表了迄今为止最全面的介绍硅烯的长篇综述文章“Rise of Silicene: a Competitive 2D Material” 【Progress in Materials Science 83,24-151(2016),共128页】。Progress in Materials Science是国际材料科学研究领域的权威综述性学术期刊,在材料界具有重要影响。它致力于发表非常有影响力的综述文章,以全面、权威、重要和可读性而著称,该期刊2015年的影响因子为27.417。


  石墨烯在2004年被英国科学家Geim和Novoselov发现,第一次把二维材料真实地展现在人们面前,由此在全世界范围内掀起了研究 二维材料的高潮,在此之前,二维材料被认为是不能存在的。鉴于硅是半导体工业的主要材料,与石墨烯类似的硅烯一经提出,便吸引了广泛的关注。最近几年,实 验上成功制备出硅烯,尤其是制备出硅烯晶体管,进一步推动了硅烯的研究。硅烯除了具有石墨烯的大部分优异的电子性质,如狄拉克锥以及极高的费米速度和迁移 率,还具有其他独特的优势:1)强自旋轨道耦合,有利于在实验上可达到的温度下实现量子自旋霍尔效应;2)可调的带隙,这是作为有效的场效应管的沟道材料 的前提条件;3)更易谷极化,适合谷电子学的研究。该综述全面系统地总结了硅烯的基本性质和实验制备与表征,详细分析了硅烯在电子器件应用上所面临的瓶颈 及自旋器件上的潜在应用,对化学、物理、信息及材料等相关领域的研究具有重要的参考价值。


  在硅烯的研究中,国内的科学家表现不俗,在硅烯的电子拓扑结构、生长、器件设计等方面作出了显著的贡献,产生了广泛的影响。吕劲课题组长期 从事石墨烯、硅烯等二维狄拉克材料及相关器件的理论研究。石墨烯、硅烯等二维狄拉克材料都有超薄的单原子层厚度和极高的电子迁移率,在高速电子器件方面有 很大的应用潜力。但是它们本身能隙为零,做成晶体管开关比太低。针对石墨烯、硅烯的零能隙问题,他们提出了多种在保持高迁移率前提下打开带隙的策略并进行 了相应的器件模拟:通过BN片夹石墨烯【NPG Asia Materials 4,e6(2012)】、施加垂直电场【Nano Letters 12,113(2012)),该文进入ISI高影响论文,已被引用398次】、表面吸附【Scientific Reports 2,853 (2012);Scientific Reports 3,1794(2013);Nanoscale 6,7609(2014)】以及挖孔造成纳米网【Scientific Reports 5,9075(2015)】。此外,他们还发现零能隙的硅烯和石墨烯如果垂直堆积在一起,可以构成全金属高表现场效应管【Advanced Functional Materials 25,68 (2015)】。


  吕劲与大连理工大学赵纪军、北京理工大学姚裕贵、中科院物理所吴克辉为并列通讯作者,合作单位还包括北京邮电大学。北大物理学院的博士毕业 生屈贺如歌(现为北京邮电大学教师)、博士生王洋洋撰写了硅烯电子器件和自旋器件的章节。此外,他们还应邀在《中国物理》的《硅烯》专辑上撰写了介绍硅烯 的综述。其他合作者还有北京大学的俞大鹏、史俊杰、杨金波教授。


  上述研究工作得到了国家自然科学基金、国家重大研究计划、人工微结构和介观物理国家重点实验室、量子物质科学协同创新中心以及汉江学者计划的支持。

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