17、二维Xenes材料及其器件概念：从基础到应用

二维Xenes材料及其器件概念：从基础到应用

1. 引言

在材料科学的前沿领域，二维Xenes材料正逐渐成为研究的热点。这些材料包括硅烯（Silicene）、锗烯（Germanene）、锡烯（Stanene）、铅烯（Plumbene）等第一代Xenes，以及硼烯（Borophene）、镓烯（Gallenene）等第二代Xenes。它们独特的物理和化学性质为未来的微纳电子学和能源应用带来了巨大的潜力。

2. 第一代Xenes材料

2.1 硅烯（Silicene）

硅烯是一种类似于石墨烯的二维硅同素异形体。SEDNE工艺为处理硅烯等Xenes材料提供了通用途径，只要确保每种特定材料的可移植性和稳定性。硅烯具有以下重要特性和应用：
- 带隙工程 ：通过化学修饰或纳米结构化（如在硅烯纳米带中），可以对硅烯的带隙进行调控。
- 自旋 - 轨道耦合（SOC） ：硅烯的自旋 - 轨道耦合比石墨烯更高，这为拓扑电子学的发展提供了可能。
- 量子自旋霍尔（QSH）效应 ：基于QSH效应，硅烯场效应晶体管（FET）有望实现一种新的操作范式，可用于低能耗电子应用。
- 能源存储 ：多层硅烯被提议用作锂离子电池的阳极，其比容量高达4200 mAh/g，远高于传统的石墨（约371 mAh/g）。此外，氢化多层硅烯的热电性能也有所改善。

2.2 锗烯（Germanene）

锗烯的外延生长受到硅烯的启发，与硅烯有许多相似之处，如生长方法和器件制造。