Germaneno

El germaneno es un material compuesto por una sola capa de átomos de germanio . ^{[ 2 ]} El material se crea mediante un proceso similar al del siliceno y el grafeno , en el que se utiliza alto vacío y alta temperatura para depositar una capa de átomos de germanio sobre un sustrato. ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]} Las películas delgadas de germaneno de alta calidad han revelado estructuras bidimensionales inusuales con propiedades electrónicas novedosas, adecuadas para aplicaciones en dispositivos semiconductores e investigación en ciencia de materiales .

En septiembre de 2014, G. Le Lay y otros informaron sobre la deposición de una película multifásica bidimensional, ordenada y de un solo átomo de espesor mediante epitaxia de haces moleculares sobre una superficie de oro en una red cristalina con índices de Miller (111). La estructura se confirmó mediante microscopía de efecto túnel (STM), que reveló una estructura de panal casi plana. ^{[ 5 ]}

Hemos aportado pruebas contundentes del nacimiento del germaneno, una sustancia casi plana, un nuevo alótropo sintético del germanio que no existe en la naturaleza. Se trata de un nuevo pariente del grafeno.

Se obtuvo confirmación adicional mediante mediciones espectroscópicas y cálculos de teoría de la densidad funcional . El desarrollo de películas de átomo único de alta calidad y casi planas generó especulaciones de que el germaneno podría reemplazar al grafeno , o al menos añadir una alternativa a las propiedades novedosas de los nanomateriales relacionados. ^{[ 2 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]}

Bampoulis y otros ^{[ 10 ]} han informado sobre la formación de germaneno en la capa más externa de nanocristales de Ge₂Pt _. Las imágenes STM con resolución atómica del germaneno en nanocristales de Ge₂Pt _revelan una estructura de panal deformada. Esta red de panal está compuesta por dos subredes hexagonales desplazadas 0,2 Å en la dirección vertical entre sí. La distancia entre vecinos más cercanos fue de 2,5 ± 0,1 Å, en estrecha concordancia con la distancia Ge-Ge en el germaneno.

Basándose en observaciones STM y cálculos de teoría de la densidad funcional, se ha informado de la formación de una forma aparentemente más distorsionada de germaneno sobre platino . ^{[ 5 ] [ 11 ]} También se ha demostrado el crecimiento epitaxial de cristales de germaneno sobre GaAs (0001), y los cálculos sugieren que las interacciones mínimas deberían permitir que el germaneno se elimine fácilmente de este sustrato. ^{[ 12 ]}

La estructura del germaneno se describe como una nanohoja ondulada bidimensional similar al grafeno del grupo IV . ^{[ 13 ]} La adsorción de germanio adicional sobre la lámina similar al grafeno conduce a la formación de unidades en forma de mancuerna , cada una con dos átomos de germanio fuera del plano, uno a cada lado del mismo. Las mancuernas se atraen entre sí. La repetición periódica de las estructuras en forma de mancuerna puede dar lugar a fases estables adicionales del germaneno, con propiedades electrónicas y magnéticas alteradas. ^{[ 14 ]}

En octubre de 2018, Junji Yuhara y otros informaron que el germaneno se puede preparar fácilmente mediante un método de segregación, utilizando una película delgada de Ag desnuda sobre un sustrato de Ge y logrando su crecimiento epitaxial in situ. ^{[ 15 ]} El crecimiento del germaneno, similar al del grafeno y el siliceno, mediante un método de segregación, se considera técnicamente muy importante para la fácil síntesis y transferencia de este material electrónico 2D altamente prometedor.

Las propiedades electrónicas y ópticas del germaneno se han determinado a partir de cálculos ab initio , ^{[ 16 ]} y las propiedades estructurales y electrónicas a partir de primeros principios. ^{[ 17 ] [ 18 ]} Estas propiedades hacen que el material sea adecuado para su uso en el canal de un transistor de efecto de campo de alto rendimiento ^{[ 19 ]} y han generado debate sobre el uso de monocapas elementales en otros dispositivos electrónicos. ^{[ 20 ]} Las propiedades electrónicas del germaneno son inusuales y brindan una oportunidad única para probar las propiedades de los fermiones de Dirac . ^{[ 21 ] [ 22 ]} El germaneno no tiene banda prohibida , pero al unir un átomo de hidrógeno a cada átomo de germanio se crea una. ^{[ 23 ]} Estas propiedades inusuales son generalmente compartidas por el grafeno , el siliceno , el germaneno, el estaneno y el plumbeno . ^{[ 22 ] [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]}

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• Liu, Cheng-Cheng (1 de enero de 2011). "Efecto Hall de espín cuántico en siliceno y germanio bidimensional". Physical Review Letters . 107 (7) 076802. arXiv : 1104.1290 . Bibcode : 2011PhRvL.107g6802L . doi : 10.1103/PhysRevLett.107.076802 . PMID 21902414. S2CID 16967564 .  
• Liu, Cheng-Cheng (1 de enero de 2011). "Hamiltoniano efectivo de baja energía que involucra acoplamiento espín-órbita en siliceno y germanio y estaño bidimensionales". Physical Review B . 84 (19) 195430. arXiv : 1108.2933 . Bibcode : 2011PhRvB..84s5430L . doi : 10.1103/PhysRevB.84.195430 . S2CID 44216872 . 
• Sitio web del CNRS (2015). Archivado el 14 de abril de 2021 en Wayback Machine.
• Sitio web del CNRS (2017)