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Buckled two-dimensional Xene sheets

日耳曼 硅烯 拓扑绝缘体 自旋电子学 石墨烯 材料科学 氧烷 纳米技术 表面改性 蜂窝结构 凝聚态物理 铁磁性 化学 物理 光谱学 复合材料 量子力学 物理化学
作者
Alessandro Molle,Joshua E. Goldberger,Michel Houssa,Yong Xu,Shou-Cheng Zhang,Deji Akinwande
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:16 (2): 163-169 被引量:723
标识
DOI:10.1038/nmat4802
摘要

The current state-of-the-art and possible future developments on two-dimensional silicene, germanene, and stanene sheets (called 2D-Xenes), and their ligand-functionalized derivatives (Xanes), are discussed. Silicene, germanene and stanene are part of a monoelemental class of two-dimensional (2D) crystals termed 2D-Xenes (X = Si, Ge, Sn and so on) which, together with their ligand-functionalized derivatives referred to as Xanes, are comprised of group IVA atoms arranged in a honeycomb lattice — similar to graphene but with varying degrees of buckling. Their electronic structure ranges from trivial insulators, to semiconductors with tunable gaps, to semi-metallic, depending on the substrate, chemical functionalization and strain. More than a dozen different topological insulator states are predicted to emerge, including the quantum spin Hall state at room temperature, which, if realized, would enable new classes of nanoelectronic and spintronic devices, such as the topological field-effect transistor. The electronic structure can be tuned, for example, by changing the group IVA element, the degree of spin–orbit coupling, the functionalization chemistry or the substrate, making the 2D-Xene systems promising multifunctional 2D materials for nanotechnology. This Perspective highlights the current state of the art and future opportunities in the manipulation and stability of these materials, their functions and applications, and novel device concepts.
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