《Progress in Materials Science》上發表矽烯長篇綜述

日前，beat365呂勁課題組與大連理工大學、中科院物理所以及北京理工大學的同事合作在《Progress in Materials Science》(《材料科學進展》)發表了迄今為止最為全面介紹矽烯的長篇綜述文章:“Rise of Silicene: a Competitive 2D Material” (Progress in Materials Science 83, 24-151 (2016), 共128頁)。 《Progress in Materials Science》是國際材料科學研究領域的權威綜述性學術期刊，在材料界具有重要影響。它緻力于發表非常有影響力的綜述文章，以全面、權威、重要和可讀性而著稱，該期刊2015年的影響因子為27.417。

石墨烯在2004年被英國科學家Geim和Novoselov發現，第一次把二維材料真實地展現在人們的面前，由此在全世界範圍内掀起了研究二維材料的高潮，在此之前，二維材料被認為是不能存在的。鑒于矽是半導體工業的主要材料，與石墨烯類似的矽烯一經提出，便吸引了廣泛的關注。最近幾年，實驗上成功制備出矽烯，尤其是制備出矽烯晶體管，進一步推動了矽烯的研究。矽烯除了具有石墨烯的大部分優異的電子性質，如狄拉克錐以及極高的費米速度和遷移率，還具有其他獨特的優勢：1）強自旋軌道耦合，有利于在實驗上可達到的溫度下實現量子自旋霍爾效應；2）可調的帶隙，這是作為有效的場效應管的溝道材料的前提條件；3）更易谷極化，适合谷電子學的研究。該綜述全面系統地總結了矽烯的基本性質和實驗制備與表征，詳細分析了矽烯在電子器件應用上所面臨的瓶頸及自旋器件上的潛在應用，對化學、物理、信息及材料等相關領域的研究具有重要的參考價值。

在矽烯的研究中，國内的科學家表現不俗，在矽烯的電子拓撲結構、生長、器件設計等方面做出了顯著的貢獻，産生了廣泛的影響。呂勁課題組長期從事石墨烯、矽烯等二維狄拉克材料及相關器件的理論研究。石墨烯、矽烯等二維狄拉克材料都有超薄的單原子層厚度和極高的電子遷移率，在高速電子器件方面有很大的應用潛力。但是它們本身能隙為零，做成晶體管開關比太低。針對石墨烯、矽烯的零能隙問題，他們提出了多種在保持高遷移率前提下打開帶隙的策略并進行了相應的器件模拟：通過BN片夾石墨烯 (NPG Asia Materials 4, e6(2012))，施加垂直電場 (Nano Letters 12, 113 (2012), 該文進入ISI高影響論文，已被引用398次)，表面吸附 (Scientific Reports 2, 853 (2012); Scientific Reports 3, 1794 (2013); Nanoscale 6, 7609(2014)) 以及挖孔造成納米網 (Scientific Reports 5, 9075 (2015))。此外，他們還發現零能隙的矽烯和石墨烯如果垂直堆積在一起，可以構成全金屬高表現場效應管(Advanced Functional Materials 25, 68 (2015))。

呂勁與大連理工大學趙紀軍、北京理工大學姚裕貴、中科院物理所吳克輝為并列通訊作者，合作單位還包括北京郵電大學。北大beat365的博士生屈賀如歌（現為北京郵電大學教師）、王洋洋撰寫了矽烯電子器件和自旋器件的章節。此外，他們還應邀在《中國物理》的《矽烯》專輯上撰寫了介紹矽烯的綜述。其他合作者還有beat365的俞大鵬、史俊傑、楊金波教授。

上述研究工作得到了國家自然科學基金、國家重大研究計劃、人工微結構和介觀物理國家重點實驗室、量子物質科學協同創新中心、以及漢江學者計劃的支持。

文章鍊接:http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0079642516300068