马克斯·普朗克学会 夹有电子香料的三明治:插图显示了石墨烯(无烟煤)下的一层晶体单原子金层
金层和石墨烯(绿色)的电子结构如上所示
斯图加特的马克斯·普朗克研究人员通过用光子束(灰色)检查样品，用光谱测定了电子特性
信用:史迪文富通 金属通常具有良好的导电性
这尤其适用于黄金和白银
然而，斯图加特马克斯·普朗克固体研究所的研究人员与比萨和隆德的合作伙伴现在发现，如果某些贵金属足够薄，它们就会失去这一特性
一层只有一个原子厚的极端表现得像半导体
这再次证明了电子在二维材料层中的行为不同于在三维结构中的行为
这些新特性可能会带来应用，例如微电子和传感器技术
人们可能会认为只有0
1米厚，实际上相当薄
远离
它实际上可以薄几百倍
例如，乌尔里希·斯塔克和他以前的博士生斯蒂温·福蒂的研究团队成功地创造了一层只有一个原子厚的金层
可以说是二维金
斯塔克是斯图加特马克斯·普朗克固体研究所界面分析设施的负责人
他的团队长期致力于三维(体积庞大)和二维(平面)材料之间的边界研究
固态研究人员对这种转变感兴趣，因为它与某些材料性质的变化有关
这已经在二维碳或石墨烯中得到证实
除此之外，它的电子移动性更强，其电导率可提高到相关三维石墨的30倍
金原子被推到石墨烯和碳化硅之间 然而，对于许多金属来说，制造只有一个原子厚的材料层并不是一件容易的事
斯塔克解释说:“以经典的沉积方法为例，金原子会立即聚集成三维团簇。”
因此，他的团队正在使用一种不同的方法——嵌入法——大约10年前，他们在这方面做了开创性的工作
嵌入字面意思是在两者之间滑动某物
这正是它的工作原理
研究人员从碳化硅晶片开始
利用他们自己开发的工艺，他们首先将其表面转化为单层石墨烯
“如果我们在高真空中将升华的金蒸发到碳化硅-石墨烯的排列上，金原子会在碳化物和石墨烯之间迁移”，福蒂解释道
这位前马克斯·普朗克博士候选人现在在比萨纳米技术创新中心做研究
厚金原子是如何进入间隙空间的，目前还不完全清楚
但这一点很清楚:更高的温度有利于这一过程
该团队还将嵌入技术应用于其他元素，包括锗、铜和钆
然而，富通认为，主要焦点是对石墨烯性质的影响
然而，在金的情况下，首次发现嵌入的原子沿着碳化硅表面以规则的、周期性重复的二维结构(晶体)排列
“如果嵌入是在600℃下进行的，石墨烯层可以防止金原子凝聚形成液滴”，福蒂在谈到碳层在夹层结构中的作用时说
暗示隐藏的贵金属:扫描隧道显微镜的图像显示石墨烯下面有一层单原子厚的晶体金层
除了石墨烯的六边形结构，图像中还可以看到亮度的波动
这是因为金层与石墨烯相互作用，形成了一个超晶格，即莫尔晶格
比例尺代表一纳米
学分:固体研究MPI 仅由两个原子层组成的金层像金属一样导电 一个原子厚度的金层的成功制备只是第一步
随后，极薄的材料及其可能的特殊特性引起了研究者的兴趣
他们确实可以证明极薄的金层会发展出它自己的电子和半导体特性
比较:体积大的(即
e
三维金)几乎和铜一样好
因为理论上的考虑预测了纯二维金的金属特征，所以半导体的发现有些令人惊讶
“金原子与碳化硅或石墨烯碳之间的相互作用显然仍在发挥作用
斯塔克说:“这会影响电子的能级。”
半导体是微电子和其他领域的基本材料
例如，电子开关元件如二极管或晶体管就是基于此
斯塔克的团队可以为这种新的二维材料设想一些典型的半导体应用
第二层金原子再次赋予了金属特性——从而影响了导电性
“通过改变升华金的数量，我们可以严格控制是否形成一层或两层金”，富通解释说
因此，可以想象使用具有交替的单原子或双原子金层的部件
新的制造方法必须与芯片生产的普通光刻方法适当结合
例如，可以生产比传统二极管小得多的二极管
根据斯塔克的说法，单层和双层金的不同电子态也可以用于光学传感器
石墨烯层中也存在电子效应 另一个应用想法是由相邻石墨烯层中嵌入的金引起的效应产生的，这显然取决于金的厚度
一个一原子厚的金层会导致石墨烯中的氮掺杂
这意味着我们获得电子作为电荷载体，”福蒂说
在金有两个原子层厚的地方，情况正好相反——p掺杂
在那里，丢失的电子或带正电的所谓“空穴”充当电荷载体
金还增强了等离子体激元(I
e
电荷载流子密度的波动)
因此可以使用石墨烯中氮和磷掺杂的结构化交替排列
例如，作为一种高灵敏度、高分辨率的太赫兹辐射探测器阵列，如用于材料测试、机场安检或无线数据传输的探测器，”斯塔克说
斯塔克的团队已经在二维贵金属层的生产上迈出了下一步
同样在银的嵌入实验中，在碳化硅和石墨烯之间形成了严格的晶体二维银层
更重要的是:即使这种金属，通常是比金更好的导电体，当缩小到二维时，也变成了半导体
初步结果表明，使银层导电所需的能量可能高于二维金
“因此，由这种材料制成的元件的半导体特性可能比金的半导体特性更热稳定”，斯塔克在谈到可能的实际后果时说
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