硅烯具有电场可调控的能隙

随着物理微裂解生产石墨烯的简单方法在2004 年的出现，真实的二维单原子层材料第一次出现在人们面前。石墨烯具有异常高的载流子迁移率，但零能隙的特点阻止了它直接做成高表现的场效应管。打开一个可控的能隙，并保持较高的迁移率是石墨烯研究最重要和急迫的主题之一。至今对单层石墨烯要实现可调的能隙仍然缺乏好的方法。由蜂窝状的硅原子构成的硅烯是近年来发现的一种新的二维单原子材料。硅烯也具有异常高的迁移率，但零能隙的特点也阻止了它直接做成有效的场效应管。凝聚态所与介观物理实验室的吕劲，高政祥老师指导本科生倪泽远（现为该组研究生）利用第一性原理的密度泛函方法证明了具有起皱结构的单层的硅烯和锗烯可以被垂直平面的电场打开能隙并且打开的能隙随电场强度线性增加，同时高的载流子迁移率也能够保持。为了在场效应管中保护化学活性较高的硅烯，他们提出了利用六角硼氮片作为缓冲层，隔离硅烯与SiO2 绝缘衬底。在该模型下，他们利用非平衡格林函数方法计算证明了硅烯制成的场效应管在室温下具有电流开关效应，开关比是无电场时的8到50 倍。该工作对于制备有效的硅烯场效应管具有重要的指导作用，已经2011年11月3号出现在Nano Letters上（DOI: 10.1021/nl203065e）。

研究工作得到国家重大研究计划，教育部新世纪人才计划，北京大学本科生科研计划, 和人工微结构和介观物理实验室的支持。