電子器件新星材料：硼墨烯

材料牛注：二維材料大家族又新添了一個明星成員：硼墨烯，它也是二維材料中罕見的二維金屬材料。科學家說這種新材料有望在電子器件方面大展身手。具體是不是這樣的呢，進來瞧一瞧吧！?

三年前，我們報道了一種新型硼形態的二維材料：硼墨烯。那時候它正處于實驗室探索制備階段。但從那時起，科研人員開始把研究目標放在了關于硼墨烯的合成和材料特性分析上。

現在，來自美國西北大學在二維材料研究方面首屈一指的專家Mark Hersam教授已經在硼墨烯的研究方面取得了重要性的進展，他不僅僅在硼墨烯的材料表征上取得了不凡的成就，而且已經開始轉向硼墨烯基納米電子器件方面的研究了。

在雜志《Science Advances》的描述中，Hersam教授的團隊首次把硼墨烯和其它材料成功結合并制備了異質結構，這種異質結構是電子器件的基本構筑單元。由于在他們的工作中首次成功實現了硼墨烯基異質結構，這使得許多研究者們相信這個工作將會引領現有和未來的研究轉向利用硼墨烯來實現納米電子器件的應用。

異質結構是多個單異質結的組合，它能利用不同的二維材料來滿足。通過把不同物性的二維材料交替堆疊，譬如說把半導體和絕緣體交替堆疊，就可以通過調控異質結構的電子特性來制備功能器件。

當然，現在越來越多的二維材料都可以被用來制備異質結構。但是硼墨烯在二維材料的大家庭里擁有它獨特罕見的特性，即它是一種二維金屬材料。

Hersam教授在一個IEEE光譜雜志的郵件采訪中提到：“作為一種二維金屬材料，硼墨烯填補了二維納米電子材料大家庭的一個空白。從根本上來說，硼墨烯是一種很有趣的材料，不像石墨之于石墨烯，自然界本身就不存在三維的硼類材料。因此，硼墨烯在二維材料中相對獨特，它只能以原子層厚度的形式存在。”

雖然硼墨烯擁有這種有趣的特性，但它在合成制備上卻遇到了很大的挑戰，因為硼墨烯只能在原始的、高真空的環境下合成。而且，硼墨烯的化學活性較高，這對科學家們想要在空氣氛圍下處理該材料提出了巨大的挑戰。

根據最近的研究，Hersam教授認為其中一個最重要的結果不是僅僅把硼墨烯和其它半導體材料進行結合，而是在于如何更好地了解了硼墨烯這種材料的化學特性，這對我們以后操縱這種材料具有很大的意義。

Hersam教授說到：“目前關于硼墨烯的研究僅僅處于研發周期的初步階段，這種材料最近才被首次合成，而且我們目前對它的了解僅僅是關于它的一些化學特性以及怎樣把它和其它材料集成在一起。在實現硼墨烯的巨大潛力之前，我認為在關于硼墨烯基電子器件應用方面的研究還需要做非常多的工作。”

而且雖然西北大學的研究者們已經發展了一套專門用于制備硼墨烯基異質結構的超高真空制程，但離開這套制程，再實現對硼墨烯的處理就變得非常困難。因此Hersam教授認為目前他們需要發展一種封裝或者鈍化的方法來讓硼墨烯在離開超高真空的環境后依然能夠很穩定，以便后續器件的制備和測試。當然，還有另外一個大的挑戰，就是怎樣把硼墨烯從目前的銀襯底轉移到絕緣襯底上去。Hersam教授補充道：“當硼墨烯在銀襯底的上面時，銀襯底會把硼墨烯短接，對于器件應用來說，這將引起很嚴重的問題。”

原文鏈接：Borophene Takes Big Step Towards Electronic Devices

本文由材料人編輯部丁菲菲提供素材，蘇龍興編譯，黃超審核；點我加入材料人編輯部

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