硅烯和基于硅烯的二維異質結構

硅烯是硅原子排列成的蜂窩狀翹曲結構。因其具有和石墨烯相似的幾何構型，理論計算發現硅烯的能帶結構與石墨烯類似，在布里淵區的頂角(K點)也存在狄拉克錐，載流子為無質量的狄拉克費米子。由于硅原子比碳原子重，硅烯具有更強的自旋軌道耦合相互作用，理論預言有可能在硅烯中觀測到量子自旋霍爾效應和量子反常霍爾效應。理論計算還發現，通過外加電場或堿金屬原子吸附等方式，可以調節硅烯狄拉克點處能隙的大小。然而，由于化學性質較為活潑，硅烯在空氣中極容易被氧化。

制備硅烯晶體管器件并測量了硅烯的載流子遷移率，然而，由于硅烯在空氣中的不穩定性，制備的器件只存活了兩分鐘。另一方面，基于硅烯的異質結構也被理論預言具有**的物理化學性質，但是由于硅在自然界中不存在類似石墨的層狀體材料，硅烯并不能通過傳統的機械剝離方式得到，而基于硅烯的異質結構體系也就不能通過傳統的“堆疊”方式制備。因此，如何制備穩定的硅烯和基于硅烯的二維異質結構目前在實驗上面臨巨大挑戰。

幾年來，采用分子束外延生長方法, 制備出了大面積、**的石墨烯及類石墨烯二維原子晶體材料，如：外延石墨烯 ]、硅烯、鍺烯、鉿烯、二硒化鉑與銅硒二維原子晶體 等; 實現了石墨烯的多種單質元素的插層 揭示了單晶表面上石墨烯插層的普適機制等。這一系列工作為探索新型二維材料和構筑二維材料異質結構奠定了基礎。

將STM實驗與理論計算相結合，在構筑單層石墨烯“保護“的硅烯及其異質結構的研究中取得了新的進展。他在Ru(0001)襯底上生長石墨烯層，并在其下插入硅原子以構筑硅烯。同時，通過控制硅的量，在石墨烯下制備不同類型的硅烯納米結構并通過掃描隧道顯微鏡（STM）成像分析。在低劑量下，在石墨烯摩爾圖案的頂部（atop）區域下周期性排列的硅烯納米片段陣列是一種新型的本征圖案化的二維材料；而在較高劑量下，插入的Si形成硅烯單層。在更高的Si劑量下，在石墨烯和基底之間則形成多層硅烯。

這一系列過程得到了**性原理計算的證實。將所制備的石墨烯/硅烯異質結構在空氣中暴露兩周，沒有顯示出可觀察到的損壞，表明了其良好的空氣穩定性。異質結構的垂直輸運特性表現出了整流效應。

硅烯

鋸齒型邊緣硅烯納米帶ZSiNRs

具有電學特質的硅烯納米帶材料：非磁性雜質對鋸齒形邊界硅烯納米帶，硅烯和石墨烯自旋半導體納米帶，單原(Al/P)子或雙原子摻雜對鋸齒型硅烯納米帶，鐵磁態(FM)硅烯納米帶

描述：硅烯納米帶有著與石墨烯納米帶類似的幾何結構和奇特的電學性能，粒子數反轉和寬帶光增益，由單層碳原子組成的二維晶體，有很高的穩定性、導熱性和低噪聲，主要應用于光通信系統。

硅烯和石墨烯自旋半導體納米帶

石墨烯納米帶、硅烯納米帶、線性碳鏈和石墨烯基磁隧穿結

釩邊緣修飾扶手椅型硅烯納米帶ASi NRs

Armchair Silicene Nanoribbons納米帶，Zigzag Silicene Nanoribbons納米帶

BN鏈摻雜的石墨烯納米帶

Stone-Wales缺陷zigzag型石墨烯納米帶

硅烯納米帶(N-ZSiNRs)異質結器件

邊緣氫化硅烯納米帶(H2-ZSiNR-H1)，n型氫化納米硅/p型單晶硅異質結微電子器件，功能化扶手椅型石墨烯納米帶異質結器件

描述：構造了硅烯納米帶(N-ZSiNRs)異質結器件,研究了鋸齒型邊緣硅烯納米帶的熱自旋輸運性質。我們同樣構造了一款左半無限長硅烯納米帶單邊用一個氫原子鈍化,右半無限長雙邊緣都由一個氫原子鈍化的異質結。

邊緣氫化硅烯納米帶(H2-ZSiNR-H1)

H1-6ZSiNR-H1/H0-6ZSiNR-Ho 和 H1-6ZSiNR-H1/H2-6ZSiNR-H2硅烯納米帶材料

n型氫化納米硅/p型單晶硅異質結

n型單晶硅/p型納米硅/氧化鋁或n型單晶硅/i型納米硅/p型納米硅/氧化鋁

n型氫化納米硅/p型單晶硅異質結微電子器件

薄膜和二維硅烯-石墨烯雜化納米復合物

具有帶隙的硅烯復合材料：硅烯/碳復合負極材料，硅烯/石墨烯復合材料，，硅烯/三維半導體復合物

功能化扶手椅型石墨烯納米帶異質結器件

電子基團NH2和給電子基團NO2邊緣取代的鋸齒型石墨烯納米帶異質結器件碳納米管/石墨烯復合異質結

硅烯單原子層硅薄膜

硅烯薄膜材料：二維硅烯薄膜，硅烯表面的氫吸附薄膜，石墨烯、單層硅烯薄膜

描述：硅烯是單原子層的硅薄膜,具有類石墨烯結構.因此擁有與石墨烯相似的各種奇特的熱學,化學,光學和電學性質

有機硅活性中間體-α呋喃基苯基硅烯

有機硅活性中間體硅烯材料：環丙基苯基硅烯(1)，二(α-呋喃基)硅烯，二苯基硅烯，含噻吩環硅烯

描述：2-(α-呋喃基)-2-苯基六甲基三硅烷在光照下可產生新型的有機硅活性中間體—α-呋喃基苯基硅烯

硅烯和二硅烯環加成反應材料

苯基環丙基硅烯與烯加成反應材料，硅烯與甲醛環加成反應材料，二氟/二氯硅烯與乙烯環加成反應材料

Li鋰原子表面修飾硅烯材料

表面修飾硅烯的材料：Ag(111)表面鹵化修飾單層硅烯，MnCl3超鹵素來修飾硅烯材料，表面官能團修飾硅烯材料，Ca修飾的硅烯納米材料

類硅烯p-絡合物構型

類硅烯σ-絡合物構型，類硅烯四面體構型，類硅烯[CH(R)N]_2SiLiF(R=H和t-Bu)，烷基對取代鋰氟類硅烯R_2SiLiF，類硅烯三元環構型

氮雜環型不飽和硅烯(1,3,4)

氮雜環型飽和硅烯(2,5)，雜環型硅烯，N-芳基雜環的硅烯，五元雜環硅烯，(HCNDipp)_2Si[OCH(Ph)C_6H_4](8)，(HCNDipp)_2Si[NHN(Ph)C_6H_4](9)

聚硅烷|MoS-2|硅烯材料

類石墨烯硅烯材料，六角硅單層硅烯材料，呋喃基苯基硅烯材料

描述：硅烯材料涉及到粘合劑和膠粘產品、半導體材料、絕緣流體、化工產品、絕緣材料、導體材料、集成電路、微電子學、分析化學、建筑構件、泡沫材料、輸電網和配電網、電線和電纜、建筑材料、醫療設備、與食品接觸的物品與材料、有色金屬、核能工程、有色金屬產品、電子管、切削工具、焊接、釬焊和低溫焊、耐火材料。

六角硅單層硅烯材料

硅烯、硼烯和CO分子晶體的MBE

Ag(111)、ZrB2(0001)、MoS2(0001)和Ir(111)表面上合成了單層硅烯

新型硅烯和磷烯的復合納米材料

硅烯和磷烯的新型納米電子器件，硅烯超晶格材料，二維狄拉克電子材料-硅烯，過渡金屬和硅烯配體材料，環丙基硅烯C3H5SiH材料，硅烯量子點離激元激發材料

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