硅烯

最近几年，在硅基研究领域兴起了一种类石墨烯的新型二维材料—硅烯（silicene）。硅烯也是狄拉克费米子体系，其低能准粒子具有线性能带结构，而且它还是一种二维拓扑绝缘体。在硅烯中， 由于Si-Si原子之间较大的成键间距削弱了π电子交叠，它以sp²-sp³混合杂化的方式形成具有弱翘曲（low-buckled）的单原子层蜂窝结构，与石墨烯上C-C原子间sp²杂化所形成的平面型蜂窝结构有所不同。硅烯的这种弱翘曲结构产生许多异于石墨烯的优良电子性质，比如具有较大的自旋-轨道耦合能隙、对电场有更强的响应以及更容易与外来的原子、分子发生相互作用等。2012年以来，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室（筹）表面物理国家重点实验室吴克辉研究员和陈岚副研究员（SF09），对硅烯展开了系统研究，不但在实验上领先制备出硅烯（Nano Lett. 12, 3507(2012)；PRL 110, 085504(2013)），还揭示硅烯具有狄拉克型的电子态（PRL 109, 056804(2012)；ACS Nano 7，9049(2013)）等一系列特性，在国际上硅烯研究领域产生了显著的影响。
氢化是调控二维材料结构及电子性质的一种有效手段。众所周知，石墨烯氢化后可以得到较大带隙的石墨烷（Graphane），解决石墨烯零能隙不利于场效应晶体管应用的问题。那么，很自然可以设想硅烯氢化后是否也可以得到平面硅烷（Silicane）？理论计算方面对悬空（free-standing）的硅烯表面上氢原子的吸附构型及其对硅烯电子性质的调控已有较多的报道，相关研究发现硅烯氢化后会打开较大的带隙，而且半氢化的硅烯还存在铁磁性。但是，对于在Ag(111)衬底上制备出的单层硅烯，实验上还没有氢化方面的报道。