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關于第五主族單原子二維材料的系統探索

據巨納旗下低維材料在線91cailiao.cn技術工程師Ronnie介紹，二維半導體材料具有超輕超薄超柔的溝道、較高的遷移率等特點，是后摩爾時代微電子及光電子器件應用所需的一類重要材料。但目前發現的主要二維材料，包括石墨烯、過渡金屬硫化物、黑磷等，都很難同時滿足適當帶寬、高遷移率、高穩定性等關鍵要求。針對這一問題，曾海波團隊在新型二維材料理論設計與光電特性方面開展了系統研究。

2015年，以塊體灰砷與灰銻為母體材料，南京理工大學曾海波團隊設計了二維砷烯與銻烯熱動力學最穩定的原子結構，并預測了其半導體性電子結構(Angew. Chem. In. Ed. 2015, 54, 3112)。但是除了維度縮減誘導的半金屬-半導體轉變以外，它們的價帶頂、導帶底、遷移率等對將來的器件設計非常關鍵。最近，該團隊系統地探索了第五主族單原子二維材料的以上關鍵特征，包括磷烯、砷烯、銻烯、鉍烯等（Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 1666）。結果表明它們的帶隙能量涵蓋0.36至2.62 eV，對應于從紅外到可見的寬光譜響應。價帶頂分布于-4.66到-3.05 eV之間，導帶底分布于-3.08到-1.22 eV之間。令人興奮的是，結果表明它們會具有較高的遷移率，尤其是α相砷烯，高達105 cm2V-1s-1，與石墨烯相當，高于目前電子器件經典材料硅，也高于經典光電子材料三五族半導體。低維材料在線長期提供這一類優秀的高性能材料，這些結果為第五主族單原子二維材料的電子與光電子器件設計提供了關鍵參數。