Grafen får en fætter i form af germanen

Et hold europæiske forskere er blevet en af ​​de første grupper, der med succes har syntetiseret 2D-materialet germanene.

Kaldt en 'fætter til grafen', materialet, som kun består af et enkelt lag germanium atomer, forventes at udvise imponerende elektriske og optiske egenskaber og kan blive bredt integreret på tværs af elektronikindustrien i fremtiden.

Materialet er blevet præsenteret i dag, 10 september, i New Journal of Physics .

Germanene blev først foreslået i 2009, men har, indtil nu, forblev undvigende. Siden da, grafen er blevet videreudviklet, mens andre 2D-materialer, såsom silicen, er blevet syntetiseret.

Meget ligesom silicen, den foreslåede metode til at syntetisere germanen er at afsætte individuelle germaniumatomer på et substrat under høje temperaturer og i et ultrahøjt vakuum.

Gennembruddet af det europæiske forskerhold blev lavet sideløbende med et uafhængigt hold fra Kina, som har rapporteret beviser for, at germanen er blevet syntetiseret på et platinsubstrat.

I den aktuelle undersøgelse opdagede forskerne, ret serendipitalt, at guld også kunne bruges som substrat, en begivenhed, som medforfatter til undersøgelsen professor Guy Le Lay, fra Aix-Marseille Universitet, beskrevet som 'som at passere gennem skueglasset'.

'Efter vores syntese af grafens anden fætter, silicen, vi syntes det var naturligt at forsøge at producere germanen på samme måde, ved at afsætte germanium på et sølvsubstrat, sagde Le Lay.

'Dette forsøg mislykkedes, så jeg besluttede at skifte til et guldsubstrat, efter at have husket mit gamle arbejde fra min ph.d.-afhandling, hvor guld blev dyrket på et germaniumsubstrat. Jeg tænkte, at det ville være værd at prøve den anden vej rundt.'

Efter aflejring af germanium-atomerne på et guldsubstrat, forskerne var i stand til at bekræfte, at materialet faktisk var germanent ved at tage spektroskopimålinger og densitetsfunktionsteori (DFT) beregninger, som undersøgte materialets elektroniske struktur.

Materialet blev også observeret under et scanning tunneling mikroskop, som afslørede den karakteristiske bikagestruktur af et 2D-materiale.

Forskerne mener, at det med videre udvikling kan være muligt for germanen at blive dyrket på tynde guldfilm, der sidder oven på et fleksibelt substrat, hvilket helt sikkert ville være billigere end platin og kunne gøre det muligt at syntetisere germanen i stor skala.

Derudover germanens unikke egenskaber kunne gøre det til en robust todimensionel topologisk isolator, især op til stuetemperatur, åbner muligheden for at bruge materialet i kvanteberegning.

Professor Le Lay fortsatte:'Vi har leveret overbevisende beviser for fødslen af ​​næsten flad germanene - en roman, syntetisk germanium allotrop, som ikke findes i naturen. Det er en ny fætter til grafen.

'Syntesen af ​​germanene er kun begyndelsen på en lang søgen. Ja, succes i syntesen var ikke let at opnå og ret krævende. Der skal nu et betydeligt arbejde til for yderligere at karakterisere materialets elektroniske egenskaber.'

Medforfatter til undersøgelsen Professor Angel Rubio, fra universitetet i Baskerlandet, tilføjet:"Et vigtigt aspekt af vores undersøgelse er, at vi har øget legoet af 2D-materialer, som vi kan bruge til at bygge en lang række kunstige faste materialer med en bred vifte af forskellige egenskaber."