Новейшие исследования позволили впервые определить характеристики германена

Новейшие исследования позволили впервые определить характеристики германена

Выпуск 5(6679) от 07 марта 2019 г.
РУБРИКА: ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Двумерный материал под названием германен отличается нестабильностью, что затрудняет проведение полномасштабных исследований его свойств. Специалистам из Гронингенского университета (Нидерланды) удалось изготовить устройство со стабильным германеном, в результате чего впервые были проведены соответствующие исследования. Свойства германена значительно меняются под воздействием температуры, что дает потенциальную возможность использования этого материала при конструировании спинтронных устройств.

Материалы, состоящие из одного атомного слоя, представляют интерес для конструирования новых образцов микроэлектроники. Самый известный из них, графен, является отличным проводником. Германен – ​это двумерный материал, полученный из германия и сходный с графеном. Он нестабилен вне вакуумных камер, в которых производится, поэтому никаких реальных измерений его электронных свойств не проводилось, пока ученые Гронингенского университета не сумели изготовить опытные образцы со стабильным германеном. Обнаружилось необычное свойство этого материала: он представляет собой изолятор, но становится полупроводником в результате незначительного нагревания и очень хорошим металлическим провод-ником после сильного нагревания.


ПРОБЛЕМА НЕУСТОЙЧИВОСТИ ГЕРМАНЕНА

Германен производится из германия путем добавления кальция. Ионы кальция создают двумерные слои из трехмерного кристалла и затем заменяются водородом. Эти двумерные слои германия и водорода называются германаном. Но как только водород удаляется для образования германена, материал становится нестабильным.

Специалисты из Гронингенскогого университета решили проблему следующим способом: изготовили приборы из стабильного германана, а затем нагрели материал для удаления водорода. Таким образом удалось создать стабильное устройство на основе германена, что позволило изучить его электронные свойства.



 Источник: Гронингенский университет

Превращение германана в германен путем удаления водорода (обозначен красным цветом) при термическом отжиге


РОЛЬ ВОДОРОДА

Экспериментаторы последовательно нагревали опытные образцы (стандартный метод для повышения проводимости). Отмечается, что материал стал значительно более проводящим – ​его сопротивление оказалось всего на порядок выше, чем у графена. Дальнейшие эксперименты показали, что при умеренном нагреве (до 200 °C) образуется полупроводниковый германан. Следовательно, германен может быть изолятором, полупроводником или металлическим проводником в зависимости от термического воздействия. Материал остается стабильным после охлаждения до комнатной температуры. Нагревание приводит к утончению многослойных чешуек германена – ​подтверждение того, что изменение проводимости, скорее всего, вызвано исчезновением водорода.


СПИНТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА

Германен может быть интересен при конструировании спинтронных приборов, использующих спиновый ток. Это квантово-механическое свойство электронов, которое лучше всего представить в виде электронов, вращающихся вокруг своей оси и демонстрирующих поведение, сходное с поведением стрелки компаса. Графен также отлично проводит электронные спины, но из-за их слабого взаимодействия с атомами углерода (спин-орбитальная связь) возникают проблемы с контролем.

По данным специалистов Гронингенского университета, атомы германия значительно тяжелее, что подразумевает существование более сильной спин-орбитальной связи. Следовательно, новая технология конструирования металлического германена с высокой проводимостью и сильной спин-орбитальной связью вполне перспективна и может в дальнейшем проложить путь к созданию новых спинтронных приборов.

Подробные результаты исследования опубликованы в журнале Nano Letters.

 

First Transport Measurements Reveal Intriguing Properties of Germanene. Solid State Technology. The Pulse, February 7, 2019: https://electroiq.com/2019/02/first-transport-measurements-reveal-intriguing-properties-of-germanene/


ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ