與現(xiàn)有硅半導(dǎo)體工藝兼容的另一種二維原子晶體材料是硅烯(Silicene)，近年來受到了廣泛的關(guān)注。2007年，理論學(xué)者提出硅烯的概念并對其進(jìn)行了模擬計(jì)算。近的理論研究表明，硅烯具備與石墨烯類似的幾何結(jié)構(gòu)和Dirac型電子結(jié)構(gòu)，預(yù)測其也具有石墨烯中發(fā)現(xiàn)的新奇量子效應(yīng)，例如量子自旋霍爾效應(yīng)等。這些新奇物性的理論預(yù)言尚需實(shí)驗(yàn)的證實(shí)。因此，實(shí)驗(yàn)上如何制備硅烯二維原子晶體材料并對其物性進(jìn)行測量顯得尤為重要。硅烯的制備是目前研究的關(guān)鍵和難點(diǎn)，不同于石墨烯可以從石墨塊體中解理出來，硅烯則難以從體硅中獲得，因?yàn)轶w材料中的硅原子是以sp3雜化的形式存在，這種硅與硅之間強(qiáng)的共價(jià)作用很難被破壞。因此，通過解理獲得硅烯不可能實(shí)現(xiàn)，尋求新的制備方法勢在必行。在固體表面外延生長硅烯是一種有效的制備方法。近的報(bào)道表明，在Ag(111)表面外延生長可以獲得硅烯。除了在Ag(111)表面，在以硅片為基底的二硼化鋯薄膜上也能制備出硅烯。這兩項(xiàng)工作都觀察到了硅烯的一種(√3×√3)的重構(gòu)。然而，對硅烯的研究還剛剛起步，它的可控生長及其應(yīng)用迫切需要研究硅在其它基底上的組裝行為以及原子尺度上的本征物理性質(zhì)。
基于石墨烯外延生長、可控制備及性能調(diào)控方面的研究基礎(chǔ)，近，高鴻鈞研究組博士生孟蕾同學(xué)、王業(yè)亮副研究員和杜世萱研究員等，通過外延生長的方法在金屬Ir(111)表面成功制備出了硅烯。低能電子衍射和掃描隧道顯微鏡的表征結(jié)果顯示，它相對于金屬銥基底表現(xiàn)為一種(√7×√7)的超結(jié)構(gòu)。性原理計(jì)算驗(yàn)證了這種超結(jié)構(gòu)模型是一層起伏的硅烯。重要的是，電子局域函數(shù)的計(jì)算結(jié)果顯示在Ir(111)表面外延生長的硅烯是一層Si-Si間以共價(jià)鍵相連的連續(xù)的二維薄膜。該研究成果提供了一種新的制備高質(zhì)量硅烯的方法，是目前報(bào)道的能夠獲得硅烯的三種途徑之一，為觀察硅烯的新奇量子現(xiàn)象提供了可能。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在Nano Letters 13, 685 (2013)上。文章發(fā)表后， Nature在其 “News in Focus’’中[Nature 495, 152(2013)]評述了在三種不同基底上制備硅烯的性工作，該文章是其所引的三篇參考文獻(xiàn)之一。
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