认识石墨烯的最新二维竞争对手——锗烯

Guy Le Lay 表示，他正在沿着元素周期表向下研究。2012 年，他作为研究团队的资深科学家，率先证明他们已经制造出硅烯，这是一种单原子厚度的硅原子阵列。硅烯是石墨烯的硅等价物，石墨烯是一种扁平的碳原子阵列，在超高速计算领域有许多潜在应用。硅在元素周期表中的位置恰好位于碳的下方。现在，Le Lay 和他的同事正在发表证据，证明他们已经制造出锗烯，这是一种由单层锗原子构成的材料，锗是元素周期表中的下一个元素。

这份报告的作者是法国艾克斯-马赛大学纳米技术名誉教授勒莱，就在一个月前，中国团队首次合成出锗烯。这份报告的巧合凸显了科学家们在二维材料制备方面所做的努力。

研究二维材料的研究人员希望，它们有朝一日能够被整合到下一代晶体管甚至量子计算机中，这两者都有望克服硅的物理极限，使未来的计算机运行速度更快。硅烯和锗烯有望具有与石墨烯一样不寻常的电学特性。例如，电子有望以极快的速度在其表面上移动，就像它们在石墨烯上移动一样。

很难知道哪种材料会在未来计算机中胜出。石墨烯？锗烯？锡烯，一种二维锡原子阵列，Le Lay 下一步想制造的是什么？（是的，锡是锗下面的下一个元素。）每种二维材料都有自己的优点和缺点。锗烯和硅烯具有天然带隙，这是晶体管所必需的品质，而石墨烯则没有。然而，石墨烯的研究时间更长，因此工程师更擅长制造它。他们已经尝试用石墨烯制造晶体管，使用变通方法来处理其带隙不足的问题。

与此同时，简单地制造锗烯和硅烯是一项壮举。石墨烯的发现和表征是一项令人兴奋且重要的科学成果，但至少石墨烯很容易制造。碳原子通常自然呈现六边形“蜂窝”排列，这是石墨烯、硅烯和锗烯的特征。另一方面，硅和锗原子不喜欢以这种方式排列。Le Lay 说，在最近的一些理论研究之前，化学家们认为硅烯和锗烯不可能存在。

为了迫使硅原子和锗原子以扁平的六边形相互结合，工程师们将元素加热成蒸汽，然后将蒸汽凝结到金属表面。对于锗烯，中国研究小组将锗蒸汽凝结到铂基底上，而 Le Lay 研究小组则使用金基底。之后，为了使这些材料有用，研究人员需要能够将它们从基底上取下来——就像贴纸只有从背面撕下来才有用一样。这一步骤仍是一个研究课题，所以你可以想象，这些石墨烯表亲还需要很多年才能出现在任何实用产品中。

“我不想过分夸大这一点，”勒莱在我们的谈话中多次说道。但他认为，研究小组制造出一种自然界中不存在的材料，这确实是一件了不起的事情。“这种材料不存在——不存在于地球上，不存在于宇宙中，可能也不存在于多元宇宙中，”他开玩笑说。“上帝忘了创造它。”