硅烯——石墨烯家族傲嬌的親妹妹

材料牛注：聽說，石墨烯家族新添了一位親妹妹——硅烯。為了接生這位“嬌小”的新成員，研究者足足經歷了十八載的光陰，總算迎來了硅烯的誕生。這位新成員的來頭可不小，未來的納米硅電子器件和其他先進電子設備，將拜托這位新生兒了。

近幾年，新一代電子材料的更新看似達到了一個平臺期，即便是有所謂的新材料出現，難免會讓消費者產生炒作之嫌。難道消費者審美疲勞的速度，已經趕上了研究者改革電子材料的速度么？為此，臥龍崗大學研究所首先站出來辟謠，宣布其在分離單層硅烯的突破性成果。

硅烯，是單質硅最薄的形式，薄層只有一個硅原子的厚度。由于電子能在硅烯之間高速移動，這將大大降低驅動電子設備的能耗，為推出新一代更小，更靈活，更透明已經更低能耗的電子產品做出鋪墊。硅烯可以依附在金屬表面“成長”，但是讓薄薄的硅烯擔當成為電子部件的重任，必須先找到合適的辦法令硅烯“斷奶”。來自臥龍崗大學的Yi Du博士帶領其課題組發現，借助氧氣能讓單原子厚的硅烯層與金屬表面分離，實現“斷奶”，那樣，未來超負載的電子產品就指日可待了。

“我們發現，硅烯很容易與金屬基層緊緊相依，因為它們太薄了，沒有一種工具能夠將其刮下。”Du博士說。

既然機械的方式行不通，機智的課題組便想到利用“化學剪刀”剪開硅烯和金屬基層之間的化學鍵。經過試驗，Du博士團隊成功地利用氧氣剪斷了這頑固的化學鍵。這項工作其實是由澳大利亞研究理事會所支持的，有些環節需要借助臥龍崗大學先進的設備，比如掃描透射電鏡，利用該設備營造超高真空的實驗條件，其強度相當于疊加一百個國際空間站所處的真空環境！

“得益于超高的真空環境，我們可以在樣品倉中注射筆直的氧氣分子流。”Du解釋說，“于是我們就可以瞄準目標硅烯層，氧氣就能發揮剪刀的作用分離硅烯。”單獨存在的硅烯表面類似蜂巢晶格，重要的是，它能夠轉移至絕緣體的表面，制造先進的三極管。

關于二維硅烯層的理論，最早可追溯到1994年，一直到2012年，科學家才首次在實驗室中得到硅烯層，這其中有臥龍崗大學的功勞。繼承了石墨烯（單原子厚度的單質碳層）的基因，硅烯會成為一種新型的超級材料。

石墨烯是已知最優良的導電體，電子移動的速度甚至大于通用的單晶硅。只是，石墨烯不能在導體和絕緣體之間自如轉換。這就使得石墨烯在三極管的應用上受到了局限。巧合的是，碳和硅位于元素周期表同一主族，科學家受到啟發：如果能將硅單質用一種更簡單的方式得到硅烯層單質，那豈不是能夠突破這一困擾。

“由于相關的文獻記載不多，如何延長隔離超級材料硅烯的時間則會是下一階段的挑戰，”Du博士表示，“不管怎么樣，現有的研究工作都將會對納米硅電子器件和自旋子器件產生革命性進展，無論是未來的設計，還是產品的應用。”

參考原文鏈接：Peeling off the silicene layers for new electronics

本文由編輯部楊志濤提供素材，張軼潔編譯，點我加入材料人編輯部。

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