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關(guān)于第五主族單原子二維材料的系統(tǒng)探索

據(jù)巨納旗下低維材料在線91cailiao.cn技術(shù)工程師Ronnie介紹，二維半導(dǎo)體材料具有超輕超薄超柔的溝道、較高的遷移率等特點(diǎn)，是后摩爾時(shí)代微電子及光電子器件應(yīng)用所需的一類重要材料。但目前發(fā)現(xiàn)的主要二維材料，包括石墨烯、過渡金屬硫化物、黑磷等，都很難同時(shí)滿足適當(dāng)帶寬、高遷移率、高穩(wěn)定性等關(guān)鍵要求。針對(duì)這一問題，曾海波團(tuán)隊(duì)在新型二維材料理論設(shè)計(jì)與光電特性方面開展了系統(tǒng)研究。

2015年，以塊體灰砷與灰銻為母體材料，南京理工大學(xué)曾海波團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了二維砷烯與銻烯熱動(dòng)力學(xué)最穩(wěn)定的原子結(jié)構(gòu)，并預(yù)測(cè)了其半導(dǎo)體性電子結(jié)構(gòu)(Angew. Chem. In. Ed. 2015, 54, 3112)。但是除了維度縮減誘導(dǎo)的半金屬-半導(dǎo)體轉(zhuǎn)變以外，它們的價(jià)帶頂、導(dǎo)帶底、遷移率等對(duì)將來的器件設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵。最近，該團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)地探索了第五主族單原子二維材料的以上關(guān)鍵特征，包括磷烯、砷烯、銻烯、鉍烯等（Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 1666）。結(jié)果表明它們的帶隙能量涵蓋0.36至2.62 eV，對(duì)應(yīng)于從紅外到可見的寬光譜響應(yīng)。價(jià)帶頂分布于-4.66到-3.05 eV之間，導(dǎo)帶底分布于-3.08到-1.22 eV之間。令人興奮的是，結(jié)果表明它們會(huì)具有較高的遷移率，尤其是α相砷烯，高達(dá)105 cm2V-1s-1，與石墨烯相當(dāng)，高于目前電子器件經(jīng)典材料硅，也高于經(jīng)典光電子材料三五族半導(dǎo)體。低維材料在線長(zhǎng)期提供這一類優(yōu)秀的高性能材料，這些結(jié)果為第五主族單原子二維材料的電子與光電子器件設(shè)計(jì)提供了關(guān)鍵參數(shù)。