Germanen

Germanena  este un material format dintr-un singur strat de atomi de germaniu , a cărui structură cristalină bidimensională este similară cu grafenul [2] .

Istoricul achizițiilor

Structura germanenei a fost discutată încă de la mijlocul anilor 1990 [3] , iar stabilitatea acesteia (simultan cu silicenul ) a fost prezisă într-o lucrare teoretică din 2009 [4] , conform căreia germanena este un strat curbat bidimensional. S-a demonstrat, de asemenea, că purtătorii de sarcină în germanenă sunt descriși de ecuația Dirac pentru fermionii fără masă : legea de dispersie în apropierea punctelor Dirac este liniară , iar banda interzisă este zero (germanena este un semimetal ). Germanan a fost obținut în 2013, care este o germanenă hidrogenată (numită similar grafanului , care este un grafen hidrogenat) [4] .

Germanene a fost obținut pentru prima dată în 2014 de două grupuri științifice: europeni și chinezi, care au lucrat independent. Procesul de obținere a acestuia este similar cu cel de obținere a silicenului și grafenului : un vid profund și o temperatură ridicată sunt folosite pentru a depune un strat de germaniu pe un substrat de bază inert. Grupul european a folosit aurul ca substrat , grupul chinez a folosit platina [5] .

Structură și proprietăți

Filmele germanene de înaltă calitate au structuri bidimensionale neobișnuite cu noi proprietăți electronice care se așteaptă să fie solicitate în industria semiconductoarelor, cercetării științifice și calculatoarelor cuantice [6] .

Rețeaua cristalină a germanenei (ca în grafen - „ fagurii ” hexagonali [7] ) poate fi reprezentată printr-o combinație a două subrețele cristaline Bravais echivalente care se întrepătrund cu o celulă unitară sub formă de paralelogram . Astfel de proprietăți structurale sunt responsabile pentru structura benzii germanene [7] . Spre deosebire de grafen, straturile bidimensionale de germanenă nu păstrează o formă plată, dar tind să se îndoaie [8] , ceea ce este similar cu silicena.

Din punctul de vedere al teoriei benzilor, un avantaj important față de grafen este posibilitatea existentă de a crea o bandă interzisă prin aplicarea unui câmp electric perpendicular pe suprafața materialului, ceea ce deschide calea spre crearea unui tranzistor cu efect de câmp care funcționează la temperatura camerei [9] . Acest efect poate fi explicat prin faptul că rețeaua cristalină germanenă își pierde simetria subrețelelor sale, care devin neechivalente sub acțiunea unui câmp electric [10] . Există calcule care mărturisesc în favoarea posibilității observării efectului de spin Hall în germanenă [11] . Pe baza calculelor care utilizează teoria funcțională a densității, s- a demonstrat că germanena ar trebui să mențină o stabilitate structurală ridicată atunci când sunt create solicitări mecanice în ea [12] . Germanena funcționalizată este un candidat pentru izolatorii topologici [13] .

Aplicații posibile

Tranzistorul cu efect de câmp germanene poate fi utilizat pe scară largă în electronică [9] . Există studii care mărturisesc în favoarea posibilității utilizării germanenei în producerea bateriilor cu ioni de sodiu [14] . Nanoribbonurile terminate cu hidrogen realizate din germanenă sunt un material promițător pentru spintronica [15] .

Note

  1. ↑ Dávila ME , Xian L , Cahangirov S , Rubio A , Le Lay G. Germanene: a roman two-dimensional germanium allotrope similar to graphene and silicene  // New Journal of Physics. - 2014. - 9 septembrie ( vol. 16 , nr. 9 ). - S. 095002 . — ISSN 1367-2630 . - doi : 10.1088/1367-2630/16/9/095002 .
  2. ↑ Davydov S.Yu. „Cu privire la estimările punctului de topire al compușilor de tipul grafenului” . Fizica și tehnologia semiconductoarelor . FTI-i. A.F.Ioffe (19 noiembrie 2015). Preluat la 15 ianuarie 2020. Arhivat din original la 18 septembrie 2019.
  3. ↑ Kyozaburo Takeda, Kenji Shiraishi. Posibilitatea teoretică de ondulare în etapă în analogii Si și Ge ai grafitului  (engleză)  // Physical Review B. - 1994-11-15. — Vol. 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. Structuri de fagure bidimensionale și unidimensionale de siliciu și germaniu  (engleză)  // Physical Review Letters. — 2009-06-12. — Vol. 102 , iss. 23 . — P. 236804 . - ISSN 1079-7114 0031-9007, 1079-7114 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.102.236804 .
  5. ↑ Rebecca Kaplan. Germanene: „vărul” de grafen sintetizat, folosind substrat de aur  (engleză) . Tech Times (11 septembrie 2014). Consultat la 23 septembrie 2014. Arhivat din original pe 14 septembrie 2014.
  6. ↑ Germanium a fost creat din germaniu cu participarea fizicienilor germani . Copie de arhivă din 6 octombrie 2014 la Wayback Machine  (rusă) pe site-ul web lenta.ru , 10 septembrie 2014
  7. ↑ 1 2 Yuri Efremovici Lozovik, S. P. Merkulova, A. A. Sokolik. Fenomene electronice colective în grafen  // Uspekhi fizicheskikh nauk. — 2008-07-01. - T. 178 , nr. 7 . — S. 757–776 . — ISSN 0042-1294 . Arhivat din original pe 7 august 2020.
  8. ↑ ME Dávila, L Xian, S Cahangirov, A Rubio, G Le Lay. Germanene: un nou alotrop de germaniu bidimensional asemănător grafenului și silicenului  // New Journal of Physics. — 09-09-2014. - T. 16 , nr. 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. Bandgap reglabil în Silicene și Germanene  (engleză)  // Nano Letters. — 11-01-2012. — Vol. 12 , iss. 1 . — P. 113–118 . — ISSN 1530-6992 1530-6984, 1530-6992 . - doi : 10.1021/nl203065e . Arhivat din original pe 29 septembrie 2019.
  10. ↑ T. P. Kaloni, U. Schwingenschlögl. Stabilitatea germanenei sub tensiune  (în engleză)  // Litere de fizică chimică. — 2013-09. — Vol. 583 . — P. 137–140 . - doi : 10.1016/j.cplett.2013.08.001 . Arhivat din original pe 15 ianuarie 2020.
  11. ↑ A Acun, L Zhang, P Bampoulis, M Farmanbar, A van Houselt. Germanene: analogul de germaniu al grafenului  // Journal of Physics: Condensed Matter. — 2015-11-11. - T. 27 , nr. 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. Evoluții actuale în silicen și germanene  (engleză)  // physica status solidi (RRL) – Rapid Research Letters. - 2016. - Vol. 10 , iss. 2 . — P. 133–142 . — ISSN 1862-6270 . - doi : 10.1002/pssr.201510338 . Arhivat din original pe 15 ianuarie 2020.
  13. ↑ Chen Si, Junwei Liu, Yong Xu, Jian Wu, Bing-Lin Gu. Germanena funcționalizată ca prototip de izolatori topologici bidimensionali cu spații mari  // Physical Review B. - 2014-03-24. - T. 89 , nr. 11 . - S. 115429 . - doi : 10.1103/PhysRevB.89.115429 .
  14. ↑ Bohayra Mortazavi, Arezoo Dianat, Gianaurelio Cuniberti, Timon Rabczuk. Aplicarea silicenului, germanenului și stanenului pentru stocarea ionilor de Na sau Li: O investigație teoretică  //  Electrochimica Acta. — 2016-09. — Vol. 213 . — P. 865–870 . - doi : 10.1016/j.electacta.2016.08.027 . Arhivat din original pe 15 ianuarie 2020.
  15. ↑ Yangyang Wang, Jiaxin Zheng, Zeyuan Ni, Ruixiang Fei, Qihang Liu. NANORIBONURI DE SILICENĂ ȘI GERMANENĂ SEMIMETALICĂ: CĂTRE DISPOZITIV SPINTRONICĂ DE ÎNALTĂ PERFORMANȚĂ   // Nano . — 2012-10. — Vol. 07 , iss. 05 . — Str. 1250037 . - ISSN 1793-7094 1793-2920, 1793-7094 . - doi : 10.1142/S1793292012500373 . Arhivat din original pe 15 ianuarie 2020.