Германе́н — материал, состоящий из одного слоя атомов германия , чья двумерная кристаллическая структура аналогична графену .

История получения

Структура германена обсуждалась с середины 1990-х годов , и её устойчивость (одновременно с силиценом ) была предсказана в теоретической работе 2009 года , согласно которой германен представляет собой двумерные изогнутые слои. Также было показано, что носители заряда в германене описываются уравнением Дирака для безмассовых фермионов : закон дисперсии вблизи дираковских точек линеен и ширина запрещённой зоны равна нулю (германен — полуметалл ). В 2013 году был получен , представляющий собой гидрогенизированный германен (назван аналогично графану , являющемуся гидрогенизированным графеном) .

Германен впервые получен в 2014 году двумя научными группами: европейской и китайской, работавшими независимо. Процесс его получения схож с процессом получением силицена и графена : для осаждения слоя германия на инертную подложку -основу используется глубокий вакуум и высокая температура. Европейская группа в качестве подложки использовала золото , китайская — платину .

Структура и свойства

Плёнки германена высокого качества имеют необычные двумерные структуры с новыми электронными свойствами, которые предположительно будут востребованы в полупроводниковой промышленности, научных исследованиях и квантовых компьютерах .

Кристаллическая решётка германена (как и в графене — шестиугольные « пчелиные соты » ) может быть представлена комбинацией двух взаимопроникающих эквивалентных кристаллических под решёток Браве с элементарной ячейкой в форме параллелограмма . Такие структурные свойства ответственны за зонную структуру германена . В отличие от графена, двумерные слои германена не сохраняют плоскую форму, а склонны изгибаться , чем он похож на силицен.

С точки зрения зонной теории, важным преимуществом над графеном является существующая возможность создания запрещённой зоны путём приложения электрического поля перпендикулярно поверхности материала, что открывает путь к созданию полевого транзистора , работающего при комнатной температуре . Такой эффект можно объяснить тем, что кристаллическая решётка германена теряет симметрию своих подрешёток, которые под действием электрического поля становятся неэквивалентными . Существуют расчёты, свидетельствующие в пользу возможности наблюдения в германене спинового эффекта Холла . На основе вычислений при помощи теории функционала плотности показано, что германен должен сохранять высокую структурную стабильность при создании в нём механических напряжений . Функционализированный германен является кандидатом в топологические изоляторы .

Возможные применения

Полевой транзистор из германена может найти широкое применение в электронике . Существуют исследования, свидетельствующие в пользу возможности применения германена в производстве натрий-ионных аккумуляторов . Терминированные водородом наноленты , изготовленные из германена, являются перспективным материалом для спинтроники .

Примечания