硅烯和基于硅烯的二维异质结构

硅烯是硅原子排列成的蜂窝状翘曲结构。因其具有和石墨烯相似的几何构型，理论计算发现硅烯的能带结构与石墨烯类似，在布里渊区的顶角(K点)也存在狄拉克锥，载流子为无质量的狄拉克费米子。由于硅原子比碳原子重，硅烯具有更强的自旋轨道耦合相互作用，理论预言有可能在硅烯中观测到量子自旋霍尔效应和量子反常霍尔效应。理论计算还发现，通过外加电场或碱金属原子吸附等方式，可以调节硅烯狄拉克点处能隙的大小。然而，由于化学性质较为活泼，硅烯在空气中极容易被氧化。

 

制备硅烯晶体管器件并测量了硅烯的载流子迁移率，然而，由于硅烯在空气中的不稳定性，制备的器件只存活了两分钟。另一方面，基于硅烯的异质结构也被理论预言具有优异的物理化学性质，但是由于硅在自然界中不存在类似石墨的层状体材料，硅烯并不能通过传统的机械剥离方式得到，而基于硅烯的异质结构体系也就不能通过传统的“堆叠”方式制备。因此，如何制备稳定的硅烯和基于硅烯的二维异质结构目前在实验上面临巨大挑战。

 

几年来，采用分子束外延生长方法, 制备出了大面积、高质量的石墨烯及类石墨烯二维原子晶体材料，如：外延石墨烯 ]、硅烯、锗烯、铪烯、二硒化铂与铜硒二维原子晶体 等; 实现了石墨烯的多种单质元素的插层 揭示了单晶表面上石墨烯插层的普适机制等。这一系列工作为探索新型二维材料和构筑二维材料异质结构奠定了基础。

 

将STM实验与理论计算相结合，在构筑单层石墨烯“保护“的硅烯及其异质结构的研究中取得了新的进展。他在Ru(0001)衬底上生长石墨烯层，并在其下插入硅原子以构筑硅烯。同时，通过控制硅的量，在石墨烯下制备不同类型的硅烯纳米结构并通过扫描隧道显微镜（STM）成像分析。在低剂量下，在石墨烯摩尔图案的顶部（atop）区域下周期性排列的硅烯纳米片段阵列是一种新型的本征图案化的二维材料；而在较高剂量下，插入的Si形成硅烯单层。在更高的Si剂量下，在石墨烯和基底之间则形成多层硅烯。

这一系列过程得到了第一性原理计算的证实。将所制备的石墨烯/硅烯异质结构在空气中暴露两周，没有显示出可观察到的损坏，表明了其良好的空气稳定性。异质结构的垂直输运特性表现出了整流效应。

硅烯

锯齿型边缘硅烯纳米带ZSiNRs

具有电学特质的硅烯纳米带材料：非磁性杂质对锯齿形边界硅烯纳米带，硅烯和石墨烯自旋半导体纳米带，单原(Al/P)子或双原子掺杂对锯齿型硅烯纳米带，铁磁态(FM)硅烯纳米带

 

描述：硅烯纳米带有着与石墨烯纳米带类似的几何结构和奇特的电学性能，粒子数反转和宽带光增益，由单层碳原子组成的二维晶体，有很高的稳定性、导热性和低噪声，主要应用于光通信系统。

 

硅烯和石墨烯自旋半导体纳米带

石墨烯纳米带、硅烯纳米带、线性碳链和石墨烯基磁隧穿结

 

钒边缘修饰扶手椅型硅烯纳米带ASi NRs

Armchair Silicene Nhaioribbons纳米带，Zigzag Silicene Nhaioribbons纳米带

 

BN链掺杂的石墨烯纳米带

Stone-Wales缺陷zigzag型石墨烯纳米带

 

硅烯纳米带(N-ZSiNRs)异质结器件

边缘氢化硅烯纳米带(H2-ZSiNR-H1)，n型氢化纳米硅/p型单晶硅异质结微电子器件，功能化扶手椅型石墨烯纳米带异质结器件

 

描述：构造了硅烯纳米带(N-ZSiNRs)异质结器件,研究了锯齿型边缘硅烯纳米带的热自旋输运性质。我们同样构造了一款左半无限长硅烯纳米带单边用一个氢原子钝化,右半无限长双边缘都由一个氢原子钝化的异质结。

 

边缘氢化硅烯纳米带(H2-ZSiNR-H1)

H1-6ZSiNR-H1/H0-6ZSiNR-Ho 和 H1-6ZSiNR-H1/H2-6ZSiNR-H2硅烯纳米带材料

 

n型氢化纳米硅/p型单晶硅异质结

n型单晶硅/p型纳米硅/氧化铝或n型单晶硅/i型纳米硅/p型纳米硅/氧化铝

n型氢化纳米硅/p型单晶硅异质结微电子器件

 

薄膜和二维硅烯–石墨烯杂化纳米复合物

具有带隙的硅烯复合材料：硅烯/碳复合负极材料，硅烯/石墨烯复合材料，，硅烯/三维半导体复合物

 

功能化扶手椅型石墨烯纳米带异质结器件

电子基团NH2和给电子基团NO2边缘取代的锯齿型石墨烯纳米带异质结器件碳纳米管/石墨烯复合异质结

 

硅烯单原子层硅薄膜

硅烯薄膜材料：二维硅烯薄膜，硅烯表面的氢吸附薄膜，石墨烯、单层硅烯薄膜

 

描述：硅烯是单原子层的硅薄膜,具有类石墨烯结构.因此拥有与石墨烯相似的各种奇特的热学,化学,光学和电学性质

 

有机硅活性中间体–α呋喃基苯基硅烯

有机硅活性中间体硅烯材料：环丙基苯基硅烯(1)，二(α–呋喃基)硅烯，二苯基硅烯，含噻吩环硅烯

 

描述：2-(α–呋喃基)-2-苯基六甲基三硅烷在光照下可产生新型的有机硅活性中间体—α–呋喃基苯基硅烯

 

硅烯和二硅烯环加成反应材料

苯基环丙基硅烯与烯加成反应材料，硅烯与甲醛环加成反应材料，二氟/二氯硅烯与乙烯环加成反应材料

 

 

Li锂原子表面修饰硅烯材料

表面修饰硅烯的材料：Ag(111)表面卤化修饰单层硅烯，MnCl3超卤素来修饰硅烯材料，表面官能团修饰硅烯材料，Ca修饰的硅烯纳米材料

 

类硅烯p-络合物构型

类硅烯σ–络合物构型，类硅烯四面体构型，类硅烯[CH(R)N]_2SiLiF(R=H和t-Bu)，烷基对取代锂氟类硅烯R_2SiLiF，类硅烯三元环构型

 

氮杂环型不饱和硅烯(1,3,4)

氮杂环型饱和硅烯(2,5)，杂环型硅烯，N-芳基杂环的硅烯，五元杂环硅烯，(HCNDipp)_2Si[OCH(Ph)C_6H_4](8)，(HCNDipp)_2Si[NHN(Ph)C_6H_4](9)

 

聚硅烷|MoS-2|硅烯材料

类石墨烯硅烯材料，六角硅单层硅烯材料，呋喃基苯基硅烯材料

 

描述：硅烯材料涉及到粘合剂和胶粘产品、半导体材料、绝缘流体、化工产品、绝缘材料、导体材料、集成电路、微电子学、分析化学、建筑构件、泡沫材料、输电网和配电网、电线和电缆、建筑材料、医疗设备、与食品接触的物品与材料、有色金属、核能工程、有色金属产品、电子管、切削工具、焊接、钎焊和低温焊、耐火材料。

 

六角硅单层硅烯材料

硅烯、硼烯和CO分子晶体的MBE

Ag(111)、ZrB2(0001)、MoS2(0001)和Ir(111)表面上合成了单层硅烯

 

新型硅烯和磷烯的复合纳米材料

硅烯和磷烯的新型纳米电子器件，硅烯超晶格材料，二维狄拉克电子材料–硅烯，过渡金属和硅烯配体材料，环丙基硅烯C3H5SiH材料，硅烯量子点离激元激发材料

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