然而,在实验室操作硅烯绝非易事。硅烯不能像石墨烯那样用不干胶从体块材料上剥离。作为代替方案,研究者只能在真空室内将热硅原子蒸汽沉积到银晶体表面来制造硅烯。这一过程十分复杂。同时,与稳定的石墨烯不同,不加封装的硅烯在空气中极不稳定,这又增加了将这种轻薄的层状材料转移到实用基底(比如晶体管内部)上的难度。直到去年,一些研究者仍在质疑硅烯究竟是否存在。
因此,阿金万德加入了位于意大利阿格拉泰布里亚恩扎的微电子和微系统研究所的团队,与亚历山德罗•默勒(Alessandro Molle)协力研究为硅烯提供保护的方法。他们在银的薄层上搭载硅烯片,再在其上覆盖5纳米厚的氧化铝层。然后他们从云母基上剥离三明治状的硅烯,使银朝上,放置在氧化硅基底上。最后,他们小心地蚀刻掉一部分银,留下两处银“岛”作为电极,其中有一段暴露的硅烯带。
勒莱说:“这是个非常机智的方法。”他计划对锗烯也应用这一过程。锗烯是去年由他的团队研发的锗构成的二维材料,性质也同样不稳定。
即使如此,硅烯晶体管也不会在短期内出现在移动电话中:暴露的硅烯在两分钟内就会降解。所幸这段时间对测量它的性质来说已经足够了。虽然导电性逊于石墨烯,但硅烯元件确实有一个较小的带隙。
对硅烯晶体管做额外的表面涂层处理也能延长其寿命。阿金万德曾利用特氟龙(Teflon)稳定了二维黑磷——另一种由磷制成的二维材料,也对空气敏感——使之成活数月。其他研究者通过牺牲多层硅烯结构的表层,来保护内部结构长达24小时。重要的是,有了制造硅烯晶体管的技术,我们就可以测试所有这些保存硅烯的方法是否有效;更进一步,还可以测试其他对空气敏感的材料。“这绝对是一项重大突破,”Lew Yan Voon说,“这是我们在这个领域期待已久的文章。”
并不是所有人对硅烯方向都有如此热情。来自瑞典哥德堡查尔姆斯理工大学(Chalmers University of Technology)的亚里•基纳雷特(Jari Kinaret)说:“硅烯、锗烯和二维黑磷单晶的确有许多可讨论之处,但与之相关的困难仍相当艰巨。”基纳雷特也是欧盟石墨烯旗舰项目的负责人——这是一项拥有10亿欧元(约11亿美元)经费的项目,专门研究二维材料及其应用。
然而,勒莱确信研究者将会纷纷聚集到硅烯的课题上来。“现在元件已经制作出来了,”他说,“其他的科学家会明白硅烯并不是虚幻构想,而是一个实际可用的材料。”
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