碳硅烯狄拉克錐成因獲解 開發(fā)納米電子器件材料有更多選擇
2015年04月21日 8:44 4498次瀏覽 來源： 科技日報 分類： 新技術
碳硅烯狄拉克錐成因獲解
■最新發(fā)現(xiàn)與創(chuàng)新
科技日報訊 （記者王怡）二維單原子碳層－石墨烯（Graphene）具有奇特的電子結(jié)構(gòu)特征，其能帶在費米能級處呈現(xiàn)上下對頂?shù)膱A錐形，形成所謂的狄拉克錐（Dirac Cone）。近日，上海大學理學院物理系劉軼教授及其科研團隊通過理論計算首次發(fā)現(xiàn)，兩種新型結(jié)構(gòu)的碳硅烯也具有狄拉克錐特征的電子結(jié)構(gòu)，這為研發(fā)和設計新型納米電子器件材料提供了理論基礎。該研究成果發(fā)表在物理化學領域著名學術期刊《物理化學快報》上。
2010年石墨烯的發(fā)現(xiàn)被授予諾貝爾獎，除了因為它是第一個穩(wěn)定存在的單層二維材料，從而打破了傳統(tǒng)二維材料不穩(wěn)定的常識之外，還因為石墨烯存在奇異的狄拉克錐電子結(jié)構(gòu)，電子在費米能附近以近光速傳播，被認為是未來電腦芯片的理想材料。為此，人們對基于石墨烯的新興電子材料寄予厚望。
然而，目前的電子工業(yè)還是建立在硅材料基礎上。雖然硅版的石墨烯—硅烯也具有狄拉克錐，但是硅烯的原子結(jié)構(gòu)非平面，硅烯穩(wěn)定性相對石墨烯低很多，這使劉軼對碳硅混合的二維體系——碳硅烯產(chǎn)生了興趣。劉軼團隊發(fā)現(xiàn)的新型碳硅烯的共同結(jié)構(gòu)特點是由C-C和Si-Si原子對混合而成，呈現(xiàn)狄拉克錐電子結(jié)構(gòu)特征；同時他們還提出了“原子對耦合”機制以及判斷狄拉克錐是否形成的定量判據(jù)。基于對簡單體系的計算，該判據(jù)還被成功用于預測其他二元二維體系是否具有狄拉克錐。
劉軼介紹，新發(fā)現(xiàn)證明，可以通過改變碳硅烯的成分配比和原子排列等方式對電學性質(zhì)進行調(diào)控，這是單純的石墨烯或硅烯不能實現(xiàn)的，因此碳硅烯比石墨烯有更好的工業(yè)相容性和性質(zhì)多樣性，為開發(fā)未來納米電子器件材料提供了更廣闊的材料選擇。
責任編輯：趙天寧
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