元素百科介绍二维原子晶体锑烯研究的进展。未来信息技术需要低功耗、高性能的晶体管，国际半导体技术路线图描述的未来晶体管通道长度小于10纳米。与传统半导体材料相比，二维（2D）原子晶体材料是近年来的研究热点之一，具有散射小、迁移率高、分层异质结构制备方便、电气性能控制方便等特点，已成为制造未来晶体管的优秀候选材料之一。在发现的二维原子晶体材料中，由IV族元素组成的单层材料（如石墨烯、硅烯、锗烯、锡烯等）具有高载流子迁移率，但由于其间隙为零或接近零，限制了其在场效应晶体管等电子设备的应用前景。
相比之下，由元素周期表中V族元素组成的层状材料，如黑磷，具有带隙大、载流子迁移率高等特点。但黑磷在大气条件下不稳定，其制备的设备的适用性受到限制。最近，由V族元素锑组成的单层锑烯（antimonene）它引起了研究人员的极大兴趣。现有的理论预测锑烯的带隙会随着层厚的变化而变化，特别是对于单层锑烯，理论预测其带隙为2.28ev。与此同时，锑烯的载流子迁移率高于石墨烯。锑烯基于这些特性，在相关电子器件和光电子器件领域具有潜在的应用前景。因此，如何获得这种材料，特别是高质量的单层锑烯生长备受关注。
由中国科学院院士、中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心研究员高宏军领导的研究团队多年来一直致力于新型二维晶体材料的制备、物理性能和应用，并取得了一系列研究成果。近日，研究组博士生吴旭、邵岩、研究员王业亮制备了单层锑烯，研究了其结构和特点。在光电子能谱分析方面，研究团队与北京同步辐射中心副研究员王佳鸥合作；在理论计算方面，他们与物理研究所副研究员孙家涛合作；物理研究所研究员石友国提供的二氧化钯单晶衬底。
在具体的实验方案设计过程中，研究人员考虑到PDTE2表面化学性质稳定，具有六方对称性和晶格周期(4.10 Å）锑单晶层中的周期(4.12 Å）晶格匹配，单层锑烯(周期4.01)，理论预测 Å）晶格失配度只有2.3 %。因此，他们选择Pdte2作为衬底，采用分子束外延生长方法，获得优质单层锑烯。借助低能电子衍射（LEED）以及隧道显微技术的扫描（STM）通过研究单层锑烯的精细原子排列结构，从STM图可以清楚地区分锑原子形成六角形蜂窝结构，为锑烯；LEED实验证明，它们获得了大面积、高质量的锑烯单晶。结合X射线光电子能谱实验和电子局域函数理论计算结果，揭示了只有弱范德瓦尔斯相互作用的局域电子态很少。进一步的STM和XPS实验观察结果表明，单层锑烯在空气中具有较高的化学稳定性，在暴露空气后没有氧化，这对锑烯的进一步实际应用至关重要。
这项工作提供了一种制备高质量单层锑烯的方法，也提供了制备具有原子级平整界面的二维材料异质结构的新思路，即直接利用TMD材料作为衬底外延生长单层二维原子晶体材料，为二维材料异质结器件的研究提供了有价值的参考。同时，锑烯作为石墨烯结构的一种新型二维原子晶体材料，扩大了非碳基二维蜂窝晶体材料的研究领域，具有宽带间隙、高迁移率、大气环境稳定、未来电子设备的潜在应用前景。
