Small Science:二维材料中的浮动层和表面电子层——石墨、“电子盐”与“电子烯”

近日Small Science 特别邀请我们的顾问编委成员——日本东京工业大学细野秀雄教授——发表了一篇展望论文。细野秀雄教授曾发现高温铁基超导体、并开拓了透明氧化物半导体(IGZO)和无机电子化合物领域。

某些层状材料具有与其组成原子不相关的电子态,在层间空间中具有很大比例的概率振幅。通常,这种无核层间态的能量高于费米能级,并且未被占用。然而,当插入阳离子时,能量会降低,并可能越过费米能级。层状“电子盐”的发现对层间电子的研究起到了重大的推动作用。“电子盐”是层间空间中带正电的离子层和带负电的电子片的交替堆叠。当插层化合物和层状“电子盐”薄到原子尺度时,层间态作为漂浮在表面上的表面态而存在。

图一 两种材料近费米能级的层间态

东京工业大学细野秀雄(Hideo Hosono教授对含有层间浮动电子的两类材料——插层化合物和层状“电子盐”及其层间电子在费米能级附近的分布进行了统一总结。作者首先介绍了层状材料石墨,在其层间插入原子或者分子形成层距增加的夹层化合物和其低温下的超导现象;探讨了二维“电子盐”的晶体结构和电子状态;最后,讨论了二维“电子盐”以及“电子烯”的功函数、光学性质以及电子与声子相互作用和传输性质等,并回顾了通过掺杂、表面改性等方法调整物质的结构与性质,扩展其在材料领域的应用。任何材料,无论是完美的或者缺陷的,层状的或者非层状的,它们内部都有空腔,通过调节空腔大小和形状,或者调节构成围绕空洞的原子类型和它们的电荷状态,都可以改变空洞中漂浮电子的能量。这种新方法,被称为空穴电子工程,这未来在材料设计中有着重要的应用前景。

论文信息:

Floating Interlayer and Surface Electrons in Two-Dimensional Materials: Graphite, Electrides and Electrenes

Takeshi Inoshita, Susumu Saito, Hideo Hosono*

Small Science

DOI: 10.1002/smsc.202100020

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/smsc.202100020