矽烯具有電場可調控的能隙

随着物理微裂解生産石墨烯的簡單方法在2004 年的出現，真實的二維單原子層材料第一次出現在人們面前。石墨烯具有異常高的載流子遷移率，但零能隙的特點阻止了它直接做成高表現的場效應管。打開一個可控的能隙，并保持較高的遷移率是石墨烯研究最重要和急迫的主題之一。至今對單層石墨烯要實現可調的能隙仍然缺乏好的方法。由蜂窩狀的矽原子構成的矽烯是近年來發現的一種新的二維單原子材料。矽烯也具有異常高的遷移率，但零能隙的特點也阻止了它直接做成有效的場效應管。凝聚态所與介觀物理實驗室的呂勁，高政祥老師指導本科生倪澤遠（現為該組研究生）利用第一性原理的密度泛函方法證明了具有起皺結構的單層的矽烯和鍺烯可以被垂直平面的電場打開能隙并且打開的能隙随電場強度線性增加，同時高的載流子遷移率也能夠保持。為了在場效應管中保護化學活性較高的矽烯，他們提出了利用六角硼氮片作為緩沖層，隔離矽烯與SiO2 絕緣襯底。在該模型下，他們利用非平衡格林函數方法計算證明了矽烯制成的場效應管在室溫下具有電流開關效應，開關比是無電場時的8到50 倍。該工作對于制備有效的矽烯場效應管具有重要的指導作用，已經2011年11月3号出現在Nano Letters上（DOI: 10.1021/nl203065e）。

研究工作得到國家重大研究計劃，教育部新世紀人才計劃，beat365本科生科研計劃, 和人工微結構和介觀物理實驗室的支持。