硅烯——石墨烯家族傲娇的亲妹妹

材料牛注：听说，石墨烯家族新添了一位亲妹妹——硅烯。为了接生这位“娇小”的新成员，研究者足足经历了十八载的光阴，总算迎来了硅烯的诞生。这位新成员的来头可不小，未来的纳米硅电子器件和其他先进电子设备，将拜托这位新生儿了。

近几年，新一代电子材料的更新看似达到了一个平台期，即便是有所谓的新材料出现，难免会让消费者产生炒作之嫌。难道消费者审美疲劳的速度，已经赶上了研究者改革电子材料的速度么？为此，卧龙岗大学研究所首先站出来辟谣，宣布其在分离单层硅烯的突破性成果。

硅烯，是单质硅最薄的形式，薄层只有一个硅原子的厚度。由于电子能在硅烯之间高速移动，这将大大降低驱动电子设备的能耗，为推出新一代更小，更灵活，更透明已经更低能耗的电子产品做出铺垫。硅烯可以依附在金属表面“成长”，但是让薄薄的硅烯担当成为电子部件的重任，必须先找到合适的办法令硅烯“断奶”。来自卧龙岗大学的Yi Du博士带领其课题组发现，借助氧气能让单原子厚的硅烯层与金属表面分离，实现“断奶”，那样，未来超负载的电子产品就指日可待了。

“我们发现，硅烯很容易与金属基层紧紧相依，因为它们太薄了，没有一种工具能够将其刮下。”Du博士说。

既然机械的方式行不通，机智的课题组便想到利用“化学剪刀”剪开硅烯和金属基层之间的化学键。经过试验，Du博士团队成功地利用氧气剪断了这顽固的化学键。这项工作其实是由澳大利亚研究理事会所支持的，有些环节需要借助卧龙岗大学先进的设备，比如扫描透射电镜，利用该设备营造超高真空的实验条件，其强度相当于叠加一百个国际空间站所处的真空环境！

“得益于超高的真空环境，我们可以在样品仓中注射笔直的氧气分子流。”Du解释说，“于是我们就可以瞄准目标硅烯层，氧气就能发挥剪刀的作用分离硅烯。”单独存在的硅烯表面类似蜂巢晶格，重要的是，它能够转移至绝缘体的表面，制造先进的三极管。

关于二维硅烯层的理论，最早可追溯到1994年，一直到2012年，科学家才首次在实验室中得到硅烯层，这其中有卧龙岗大学的功劳。继承了石墨烯（单原子厚度的单质碳层）的基因，硅烯会成为一种新型的超级材料。

石墨烯是已知最优良的导电体，电子移动的速度甚至大于通用的单晶硅。只是，石墨烯不能在导体和绝缘体之间自如转换。这就使得石墨烯在三极管的应用上受到了局限。巧合的是，碳和硅位于元素周期表同一主族，科学家受到启发：如果能将硅单质用一种更简单的方式得到硅烯层单质，那岂不是能够突破这一困扰。

“由于相关的文献记载不多，如何延长隔离超级材料硅烯的时间则会是下一阶段的挑战，”Du博士表示，“不管怎么样，现有的研究工作都将会对纳米硅电子器件和自旋子器件产生革命性进展，无论是未来的设计，还是产品的应用。”

参考原文链接：Peeling off the silicene layers for new electronics

本文由编辑部杨志涛提供素材，张轶洁编译，点我加入材料人编辑部。

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