Første transportmålinger afslører spændende egenskaber ved germanen

Germanen er et 2D-materiale afledt af germanium og relateret til grafen. Da det ikke er stabilt uden for vakuumkamrene, hvor det produceres, der er ikke foretaget reelle målinger af dets elektroniske egenskaber. Forskere ledet af prof. Justin Ye fra University of Groningen har nu produceret enheder med stabil germanen. Materialet er en isolator, og det bliver en halvleder efter moderat opvarmning og en meget god metallisk leder efter kraftigere opvarmning. Resultaterne blev offentliggjort i tidsskriftet Nano bogstaver .

Materialer af kun ét atomlag er af interesse i konstruktionen af ​​nye typer mikroelektronik. Den mest kendte af disse, grafen, er en fremragende dirigent. Materialer som silicium og germanium kunne også være interessante, da de er fuldt ud kompatible med veletablerede protokoller til fremstilling af enheder, og kunne integreres problemfrit i den nuværende halvlederteknologi.

"Men 2-D-versionen af ​​germanium, germanene, er meget ustabil, " forklarer University of Groningen lektor i enhedsfysik Justin Ye. Germanene er lavet af germanium ved at tilsætte calcium. Calciumionerne danner 2-D-lag fra en 3-D-krystal og erstattes derefter af brint. Disse 2-D-lag af germanium og brint kaldes germanan. Men når først brinten er fjernet for at danne germanen, materialet bliver ustabilt.

Ye og hans kolleger løste dette på en bemærkelsesværdig enkel måde. De lavede enheder med den stabile germanane, og derefter opvarmet materialet for at fjerne brinten. Dette resulterede i stabile enheder med germanen, hvilket gjorde det muligt for forskerne at studere dets elektroniske egenskaber.

Brint

"Det oprindelige materiale var en isolator, " siger Ye. En ph.d.-studerende fra hans gruppe opvarmede disse enheder, som er en afprøvet metode til at øge ledningsevnen. Han bemærkede, at materialet blev meget ledende, og dens modstand var kun en størrelsesorden over grafen. "Så det blev en fremragende metallisk dirigent." Yderligere eksperimenter viste, at moderat opvarmning (op til 200°C) producerede halvledende germanan.

Germanene kan, derfor, være en isolator, en halvleder eller en metallisk leder, afhængig af den varmebehandling, som den behandles med. Det forbliver stabilt efter afkøling til stuetemperatur. Opvarmningen får flerlagsflager af germanen til at blive tyndere - en bekræftelse på, at ændringen i ledningsevnen højst sandsynligt er forårsaget af forsvinden af ​​brint.

Germanene kunne være af interesse i konstruktionen af ​​spintroniske enheder. Disse enheder bruger en strøm af elektronspin. Dette er en kvantemekanisk egenskab ved elektroner, som bedst kan forestilles som elektroner, der snurrer rundt om deres egen akse, får dem til at opføre sig som små kompasnåle. Grafen er en fremragende leder af elektronspin, men det er svært at kontrollere spins i dette materiale på grund af deres svage interaktion med carbonatomerne (spin-kredsløbskobling).

"Germanium-atomerne er tungere, hvilket betyder, at der er en stærkere spin-kredsløbskobling, " siger Ye. Dette ville give bedre kontrol over spins. At være i stand til at konstruere metallisk germanen med både fremragende ledningsevne og stærk spin-orbit-kobling burde derfor bane vejen for spintroniske enheder.