Science上发表硅烯长篇综述,上发表特邀论文
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我校电子科学与工程学院徐永兵教授应邀在国际工程技术与材料科学领域顶尖学术期刊《Progress in Materials Science》上发表题为 “Hybrid spintronic materials: Growth, structure and properties” 的长篇特邀综述论文[Progress in Materials Science 99 27-105。

日前,北京大学物理学院吕劲课题组与大连理工大学、中科院物理所以及北京理工大学的同事合作在Progress in Materials Science(《材料科学进展》)发表了迄今为止最全面的介绍硅烯的长篇综述文章“Rise of Silicene: a Competitive 2D Material” 【Progress in Materials Science 83,24-151(2016),共128页】。Progress in Materials Science是国际材料科学研究领域的权威综述性学术期刊,在材料界具有重要影响。它致力于发表非常有影响力的综述文章,以全面、权威、重要和可读性而著称,该期刊2015年的影响因子为27.417。

该论文总结并展望了自旋电子学从第一代GMR到MRAM到将来SFET的发展历程。本文着重结合徐永兵教授团队多年来的研究成果,论述了自旋电子材料及器件的生长、结构性能表征及器件的应用。自旋电子学的发展与应用,预示着未来以调控自旋为基础的新时代将取代调控电荷的时代,未来将引发数据存储与处理技术的革命。例如磁随机存储器MRAM具有存储数据非易失性、寿命长、低功耗、抗辐射等诸多优点,在工业自动化、嵌入式计算、网络和数据存储、汽车和航空航天等重要的民生、国防领域具有巨大的应用价值,原则上可以取代各类存储器的应用,成为未来的通用存储器。同时,该论文也指出了自旋电子学未来的发展方向,特别是可用于信息存储及处理一体化的自旋芯片的新材料及新技术。

石墨烯在2004年被英国科学家Geim和Novoselov发现,第一次把二维材料真实地展现在人们面前,由此在全世界范围内掀起了研究二维材料的高潮,在此之前,二维材料被认为是不能存在的。鉴于硅是半导体工业的主要材料,与石墨烯类似的硅烯一经提出,便吸引了广泛的关注。最近几年,实验上成功制备出硅烯,尤其是制备出硅烯晶体管,进一步推动了硅烯的研究。硅烯除了具有石墨烯的大部分优异的电子性质,如狄拉克锥以及极高的费米速度和迁移率,还具有其他独特的优势:1)强自旋轨道耦合,有利于在实验上可达到的温度下实现量子自旋霍尔效应;2)可调的带隙,这是作为有效的场效应管的沟道材料的前提条件;3)更易谷极化,适合谷电子学的研究。该综述全面系统地总结了硅烯的基本性质和实验制备与表征,详细分析了硅烯在电子器件应用上所面临的瓶颈及自旋器件上的潜在应用,对化学、物理、信息及材料等相关领域的研究具有重要的参考价值。

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在硅烯的研究中,国内的科学家表现不俗,在硅烯的电子拓扑结构、生长、器件设计等方面作出了显著的贡献,产生了广泛的影响。吕劲课题组长期从事石墨烯、硅烯等二维狄拉克材料及相关器件的理论研究。石墨烯、硅烯等二维狄拉克材料都有超薄的单原子层厚度和极高的电子迁移率,在高速电子器件方面有很大的应用潜力。但是它们本身能隙为零,做成晶体管开关比太低。针对石墨烯、硅烯的零能隙问题,他们提出了多种在保持高迁移率前提下打开带隙的策略并进行了相应的器件模拟:通过BN片夹石墨烯【NPG Asia Materials 4,e6(2012)】、施加垂直电场【Nano Letters 12,113(2012)),该文进入ISI高影响论文,已被引用398次】、表面吸附【Scientific Reports 2,853 (2012);Scientific Reports 3,1794(2013);Nanoscale 6,7609(2014)】以及挖孔造成纳米网【Scientific Reports 5,9075(2015)】。此外,他们还发现零能隙的硅烯和石墨烯如果垂直堆积在一起,可以构成全金属高表现场效应管【Advanced Functional Materials 25,68 (2015)】。

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