Germaneno

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No debe confundirse con Germanano.
(a) imagen STM de germaneno. (b) Perfil [línea negra en (a)] que muestra alturas de paso de 3.2  ~Å. (c) Imagen STM de alta resolución (distorsionada por deriva de la muestra). (d) Perfiles a lo largo de líneas blancas continuas y discontinuas en (c) que muestran una separación de ~9–10  Å entre protrusiones de alturas de 0.2 ~ Å. (e) Patrón de difracción de electrones. (f) Modelo de germaneno en Au(111).[1]​

Germaneno es un material constituido por una sola capa de átomos de germanio,[2]​ creado mediante un proceso similar al del siliceno y al del grafeno, al alto vacío y a temperatura elevada, para depositar una capa de átomos de germanio en un sustrato.[2]​ Películas delgadas de alta calidad de germaneno han revelado estructuras bidimensionales ignotas de propiedades electrónicas novedosas aptas para aplicaciones de dispositivos semiconductores e investigación en ciencias de materiales.

Preparación y estructura[editar]

En septiembre de 2014, G. Le Lay et al. informaron la deposición de una película multifase de un grosor de un átomo simple, ordenado y bidimensional, por crecimiento epitaxial por haces moleculares sobre una superficie de oro en una red de cristal con índices de Miller (111). La estructura fue confirmada mediante microscopía de efecto túnel (STM, sigla en inglés), que reveló una estructura de aspecto muy similar al de un panal.[3]​

Hemos aportado evidencia convincente del nacimiento de germaneno, un nuevo, casi plano, sintético, alótropo de germanio, que no existe en la naturaleza. Es un nuevo primo del grafeno.
Guy Le Lay, Universidad de Aix-Marsella, New Journal of Physics

Se obtuvo confirmación adicional mediante mediciones espectroscópicas y cálculos de teoría funcional de densidad. El desarrollo de películas de alta calidad de átomo simple y casi planas generó especulación de que el germaneno puede reemplazar al grafeno si no solamente añade una alternativa a las propiedades novedosas de nanomateriales relacionados.[2]​[3]​[4]​[5]​[6]​[7]​

Bampoulis et al.[8]​ han informado la génesis de germaneno en la capa exterior de nanocristales de Ge2Pt. Imágenes de resolución atómica STM de germaneno en nanocristales de Ge2Pt revelan una estructura de panal aplanada. Esta red de cristal está compuesta por dos subredes hexagonales desplazadas 0.2 Å en la dirección vertical con respecto a cada una. La distancia del vecino más cercano era de 2.5±0.1 Å, en concordancia cercana con la distancia Ge-Ge en germaneno.

Basada en observaciones STM y cálculos de teoría funcional de densidad, se ha informado la generación de una forma aparentemente más distorsionada de germaneno sobre platino.[3]​[9]​ También se ha demostrado crecimiento epitaxial de cristales de germaneno en GaAs(0001). Cálculos sugieren que interacciones mínimas permitirían remoción fácil del germaneno de este sustrato.[10]​

La estructura del germaneno se describe como «nanohoja aplanada bidimensional semejante al grafeno del grupo IV».[11]​ Adsorción de germanio adicional a las hojas grafenoides conduce a la formación de unidades de «pesas», cada una con dos átomos de germanio fuera del plano, uno en cada lado del plano. Las pesas ejercen atracción mutua. Rearreglos periódicos de las estructuras de pesas pueden conducir a fases estables adicionales de germaneno, con propiedades electrónicas y magnéticas alteradas.[12]​

En octubre de 2018, Junji Yuhara et al. informaron que el germaneno se prepara fácilmente mediante un método de segregación. Utilizando en un sustrato de Ge una película delgada de Ag no recubierta lograron in situ el crecimiento epitaxial.[13]​ Se considera que, por un método de segregación, el crecimiento de germaneno, que es afín al grafeno y al siliceno, sea técnicamente muy importante, que facilitaría la síntesis y la transferencia de este altamente prometedor material electrónico 2D.

Propiedades[editar]

Propiedades electrónicas y ópticas del germaneno se han determinado mediante cálculos ab initio, y propiedades estructurales y electrónicas de primeros principios.[14]​[15]​[16]​ Estas propiedades confieren al material idoneidad para uso en el canal de transistor de efecto de campo[17]​ de alto rendimiento y han generado discusión con respecto al uso de monocapas elementales en otros dispositivos electrónicos.[18]​ Las propiedades electrónicas del germaneno son sin precedente. Proporcionan una oportunidad rara de probar las propiedades de los fermiones de Dirac.[19]​[20]​ El germaneno no tiene banda prohibida, pero sujetando un átomo de hidrógeno a cada átomo de germanio crea una.[21]​ Estas peculiares propiedades son generalmente compartidas por el grafeno, el siliceno, el estaneno y el plumbeno.[22]​[23]​[24]​

Referencias[editar]

  1. ↑ Dávila, María Eugenia; Le Lay, Guy (2016). «Few layer epitaxial germanene: A novel two-dimensional Dirac material». Scientific Reports 6: 20714. Bibcode:2016NatSR...620714D. PMC 4748270. PMID 26860590. doi:10.1038/srep20714. 
  2. ↑ a b c «Graphene gets a 'cousin' in the shape of germanene» (en inglés). Institute of Physics. 10 de septiembre de 2014. 
  3. ↑ a b c Dávila, M. E. (2014). «Germanene: a novel two-dimensional germanium allotrope akin to graphene and silicene». New Journal of Physics (en inglés) 16 (9): 095002. Bibcode:2014NJPh...16i5002D. arXiv:1406.2488. doi:10.1088/1367-2630/16/9/095002. 
  4. ↑ Clifford, Jonathan (10 de septiembre de 2014). «Aix-Marseille University Researchers Produce Germanium Allotrope Germanene». Uncover California Online Media. Archivado desde el original el 17 de febrero de 2020. Consultado el 4 de abril de 2021. 
  5. ↑ «Gold Substrate Used To Synthesize Graphene's Cousin Germanene». Capital OTC. 10 de septiembre de 2014. Archivado desde el original el 11 de septiembre de 2014. Consultado el 11 de septiembre de 2014. 
  6. ↑ Spickernell, Sarah (10 de septiembre de 2014). «Germanene: Have scientists just created the new graphene?». City A.M. 
  7. ↑ Leathers, Jason (10 de septiembre de 2014). «New Member In The Family 'Germanene'». Capital Wired. Archivado desde el original el 3 de junio de 2016. Consultado el 4 de abril de 2021. 
  8. ↑ Bampoulis, P.; Zhang, L.; Safaei, A.; van Gastel, R.; Poelsema, B.; Zandvliet, H. J. W. (2014). «Germanene termination of Ge2Pt crystals on Ge(110)». Journal of Physics: Condensed Matter 26 (44): 442001. Bibcode:2014JPCM...26R2001B. PMID 25210978. arXiv:1706.00697. doi:10.1088/0953-8984/26/44/442001. 
  9. ↑ Li, Linfei; Shuang-zan Lu; Jinbo Pan; Zhihui Qin; Yu-qi Wang; Yeliang Wang; Geng-yu Cao; Shixuan Du et al. (2014). «Buckled Germanene Formation on Pt(111)». Advanced Materials 26 (28): 4820-4824. PMID 24841358. doi:10.1002/adma.201400909. 
  10. ↑ Kaloni, T. P.; Schwingenschlögl, U. (13 de noviembre de 2013). «Weak interaction between germanene and GaAs(0001) by H intercalation: A route to exfoliation». Journal of Applied Physics 114 (18): 184307-184307-4. Bibcode:2013JAP...114r4307K. arXiv:1310.7688. doi:10.1063/1.4830016. 
  11. ↑ Ye, Xue-Sheng; Zhi-Gang Shao; Hongbo Zhao; Lei Yang; Cang-Long Wang (2014). «Intrinsic carrier mobility of germanene is larger than graphene's: first-principle calculations». RSC Advances 4 (41): 21216-21220. doi:10.1039/C4RA01802H. 
  12. ↑ Özçelik, V. Ongun; E. Durgun; Salim Ciraci (2014). «New Phases of Germanene». The Journal of Physical Chemistry Letters 5 (15): 2694-2699. PMID 26277965. arXiv:1407.4170. doi:10.1021/jz500977v. 
  13. ↑ Yuhara, Junji; Hiroki Shimazu; Kouichi Ito; Akio Ohta; Masaaki Araidai; Masashi Kurosawa; Masashi Nakatake; Guy Le Lay (2018). «Germanene Epitaxial Growth by Segregation through Ag(111) Thin Films on Ge(111)». ACS Nano 12 (11): 11632-11637. PMID 30371060. doi:10.1021/acsnano.8b07006. 
  14. ↑ Ni, Zeyuan; Qihang, Liu; Tang, Kechao; Zheng, Jiaxin; Zhou, Jing; Qin, Rui; Gao, Zhengxiang; Yu, Dapeng et al. (2012). «Tunable Bandgap in Silicene and Germanene». Nano Letters 12 (1): 113-118. Bibcode:2012NanoL..12..113N. PMID 22050667. doi:10.1021/nl203065e. 
  15. ↑ Scalise, Emilio; Michel Houssa; Geoffrey Pourtois; B. van den Broek; Valery Afanas’ev; André Stesmans (2013). «Vibrational properties of silicene and germanene». Nano Research 6 (1): 19-28. doi:10.1007/s12274-012-0277-3. 
  16. ↑ Garcia, J. C.; de Lima, D. B.; Assali, L. V. C.; Justo, J. F. (2011). «Group IV graphene- and graphane-like nanosheets». J. Phys. Chem. C 115 (27): 13242-13246. arXiv:1204.2875. doi:10.1021/jp203657w. 
  17. ↑ Kaneko, Shiro; Tsuchiya, Hideaki; Kamakura, Yoshinari; Mori, Nobuya; Ogawa, Matsuto (2014). «Theoretical performance estimation of silicene, germanene, and graphene nanoribbon field-effect transistors under ballistic transport». Applied Physics Express 7 (3): 035102. Bibcode:2014APExp...7c5102K. doi:10.7567/APEX.7.035102. 
  18. ↑ Roome, Nathanael J.; J. David Carey (2014). «Beyond graphene: stable elemental monolayers of silicene and germanene». ACS Applied Materials & Interfaces 6 (10): 7743-7750. PMID 24724967. doi:10.1021/am501022x. 
  19. ↑ Wang, Yang; Brar, Victor W.; Shytov, Andrey V.; Wu, Qiong; Regan, William; Tsai, Hsin-Zon; Zettl, Alex; Levitov, Leonid S. et al. (2012). «Mapping Dirac quasiparticles near a single Coulomb impurity on graphene». Nature Physics 8 (9): 653-657. Bibcode:2012NatPh...8..653W. arXiv:1205.3206. doi:10.1038/nphys2379. 
  20. ↑ Matthes, Lars; Pulci, Olivia; Bechstedt, Friedhelm (2013). «Massive Dirac quasiparticles in the optical absorbance of graphene, silicene, germanene, and tinene». Journal of Physics: Condensed Matter 25 (39): 395305. Bibcode:2013JPCM...25M5305M. PMID 24002054. doi:10.1088/0953-8984/25/39/395305. 
  21. ↑ Berger, Andy (17 de julio de 2015). «Beyond Graphene, a Zoo of New 2-D Materials». Discover Magazine. Archivado desde el original el 1 de noviembre de 2019. Consultado el 19 de septiembre de 2015. 
  22. ↑ Zhu, F.; Jia, J. (2015). «Epitaxial growth of two-dimensional stanene». Nature Materials 14 (10): 1020-1025. Bibcode:2015NatMa..14.1020Z. PMID 26237127. arXiv:1506.01601. doi:10.1038/nmat4384. 
  23. ↑ Yuhara, J.; Fujii, Y.; Le Lay, G. (2018). «Large Area Planar Stanene Epitaxially Grown on Ag(111)». 2D Materials 5: 025002. Bibcode:2018TDM.....5b5002Y. doi:10.1088/2053-1583/aa9ea0. 
  24. ↑ Yuhara, J.; He, B.; Le Lay, G. (2019). «Graphene's Latest Cousin: Plumbene Epitaxial Growth on a "Nano WaterCube"». Advanced Materials 31 (27): 1901017. PMID 31074927. doi:10.1002/adma.201901017. 

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