新型二维材料硅烯电子结构调控的原位同步辐射研究

Silicene, a single layer of thin film consisting of silicon atoms with honeycomb structrues similar to graphene, has been attracting much attention in low demension system research because of its extraordinary physical properties, in particular its Dirac fermion characteristics. But the experimental study about the manipulation of band electronic structure has not been reported。Base on our research of structure and electronic structure on the silicene earlier, this project will make use of the unique advantages of SR-ARPES and SXR-NEXAFS in electronic structure research, in situ study of the changes of band electronic structrue in the process of surface adsorption on silicene, Including the key research content of manipulating the band gap in Dirac cone, and uncover the relationship between the structure and the electronic structure of the silicene in the process of surface adsorption. The experimental model of the manipulation of band electronic structure of silicene through the surface adsorption will be established finally.

硅烯是六角形蜂巢结构的单原子层硅薄膜，其结构与石墨烯类似，因其新奇的物理性质特别是狄拉克-费米特性，近年来成为低维体系研究的热点。而有关其能带电子结构调控方面的实验研究还没有相关报道。本项目拟在前期对硅烯结构和电子结构研究的基础上，利用同步辐射角分辨光电子能谱（SR-ARPES）与软X射线近边吸收精细结构（SXR-NEXAFS）在电子结构研究方面的独特优势，原位研究硅烯的能带电子结构在表面吸附过程中的变化，包括其狄拉克锥型电子结构的能隙变化与调控等重点研究内容，揭示吸附过程中硅烯的结构与电子结构变化之间的关系，建立通过表面吸附调控硅烯电子结构的实验模型。本项目将为硅烯材料的电子结构研究与应用发展提供科学依据，具有重要的学术意义。

本项目在前期对类石墨烯结构和电子结构研究的基础上，利用同步辐射角分辨光电子能谱（SR-ARPES）与扫描隧道显微镜（STM）在表面结构与电子结构研究方面的独特优势，首先原位研究了硅烯的能带电子结构在表面吸附过程中的变化规律，建立了通过氧气表面吸附调控硅烯电子结构的实验模型，这一发现对硅基纳米电子和自旋电子器件的设计和应用具有重要意义；接下来利用分子束外延的方法生长了锗烯和单层蓝磷等新型二维材料，并对其新奇的结构和电子结构进行了初步研究。本项目共发表SCI文章8篇，基本完成了计划的研究内容，为类石墨烯二维材料的进一步研究和应用打下基础。