碳硅烯狄拉克錐成因獲解

■最新發(fā)現(xiàn)與創(chuàng)新

科技日?qǐng)?bào)訊 （記者王怡）二維單原子碳層－石墨烯（Graphene）具有奇特的電子結(jié)構(gòu)特征，其能帶在費(fèi)米能級(jí)處呈現(xiàn)上下對(duì)頂?shù)膱A錐形，形成所謂的狄拉克錐（Dirac Cone）。近日，上海大學(xué)理學(xué)院物理系劉軼教授及其科研團(tuán)隊(duì)通過理論計(jì)算首次發(fā)現(xiàn)，兩種新型結(jié)構(gòu)的碳硅烯也具有狄拉克錐特征的電子結(jié)構(gòu)，這為研發(fā)和設(shè)計(jì)新型納米電子器件材料提供了理論基礎(chǔ)。該研究成果發(fā)表在物理化學(xué)領(lǐng)域著名學(xué)術(shù)期刊《物理化學(xué)快報(bào)》上。

2010年石墨烯的發(fā)現(xiàn)被授予諾貝爾獎(jiǎng)，除了因?yàn)樗堑谝粋€(gè)穩(wěn)定存在的單層二維材料，從而打破了傳統(tǒng)二維材料不穩(wěn)定的常識(shí)之外，還因?yàn)槭┐嬖谄娈惖牡依隋F電子結(jié)構(gòu)，電子在費(fèi)米能附近以近光速傳播，被認(rèn)為是未來電腦芯片的理想材料。為此，人們對(duì)基于石墨烯的新興電子材料寄予厚望。

然而，目前的電子工業(yè)還是建立在硅材料基礎(chǔ)上。雖然硅版的石墨烯—硅烯也具有狄拉克錐，但是硅烯的原子結(jié)構(gòu)非平面，硅烯穩(wěn)定性相對(duì)石墨烯低很多，這使劉軼對(duì)碳硅混合的二維體系——碳硅烯產(chǎn)生了興趣。劉軼團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的新型碳硅烯的共同結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是由C-C和Si-Si原子對(duì)混合而成，呈現(xiàn)狄拉克錐電子結(jié)構(gòu)特征；同時(shí)他們還提出了“原子對(duì)耦合”機(jī)制以及判斷狄拉克錐是否形成的定量判據(jù)?；趯?duì)簡單體系的計(jì)算，該判據(jù)還被成功用于預(yù)測其他二元二維體系是否具有狄拉克錐。

劉軼介紹，新發(fā)現(xiàn)證明，可以通過改變碳硅烯的成分配比和原子排列等方式對(duì)電學(xué)性質(zhì)進(jìn)行調(diào)控，這是單純的石墨烯或硅烯不能實(shí)現(xiàn)的，因此碳硅烯比石墨烯有更好的工業(yè)相容性和性質(zhì)多樣性，為開發(fā)未來納米電子器件材料提供了更廣闊的材料選擇。