The Similarities and Differences Between Graphene and Germanene

自从最初的石墨烯合成开始搜索以来，人们就意识到寻找新的2D材料的潜在优势。欧洲杯足球竞彩石墨烯是一层碳原子，以简单的六边形结构结合在一起。碳已经以形成迷人的化学键阵列而闻名。同素体和富勒烯在内，包括C-60 - “ Bucky-Balls” - 已经合成。但是很快就会意识到，可以形成其他元素的2D同种异体，例如硅和锡的硅和Stanene。这些原子的不同特性导致其2-D类似物的不同性质。

锗于1886年首次发现：尽管最初在工业上并没有看到很多应用，因为它被认为是一个不良的电导体，到1940年代和1950年代，但其有用的光学和电子特性是半导体的。早期的晶体管通常是由锗制成的 - 尽管有适当纯净的硅化硅的合成硅，但葡萄干的魅力就会下降。

2014年，在曼彻斯特大学（University of Manchester）首次隔离石墨烯之后的十年后，两个不同的研究团队能够创建Germanene。该材料本质上是石墨烯的堂兄。它由与二维材料相关的特征性六边形结构中的单层锗原子组成。欧洲杯足球竞彩石墨烯最初在1960年代在金属板上进行了研究，然后在2004年重新发现，隔离和表征。这种德国人是由欧洲团队通过分子束外延创建的，而中国团队则使用白金。在此过程中，单个原子在非常低的压力和高温下沉积在基板上。

In many ways it has similar properties to graphene. Both are characterised by their high electron mobility – a measure of how much the electrons respond to applied electrical fields. Electron mobility is one of the key quantities required for a good semiconductor material; graphene has a carrier mobility in excess of 15000 cm2/Vs, which is around ten times that seen in silicon. Although germanene has not yet been refined to the same extent, theoretical calculations suggest that the固有的活动能力- 可以通过“完美”材料获得的，其中迁移率仅受声子的限制或从晶格中的振动中散射 - 对于德国烯而言，甚至比石墨烯更高。

由于六边形结构的差异，德国烯和石墨烯之间的大多数差异都会出现。尽管石墨烯的六边形晶体结构是平坦的，但德国烯的晶体结构却屈从于弯曲。它的晶格由两个垂直分离的子晶格组成，与局限于平面的石墨烯晶格不同。由此产生的材料特性存在重要的电子差异。在2012年在Nano Letters上发表的一篇论文中，在综合德国烯之前，据计算出，如果应用垂直电场，则可以在Germanene中打开带隙 - 这意味着它可以作为现场效应晶体管的理想选择；大部分现代电子产品中的关键组成部分。除此之外，在半导体中已与硅一起使用锗这一事实表明，将德国烯集成到现有的半导体电路和应用中可能会更容易。

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Another crucial difference arises due to the atomic properties of germanium. It exhibits very high spin-orbit coupling, which means there are distinct energy levels based on the spin of the electron. Thespin-orbit gap in germaneneis 24meV (milli-electron-volts) compared to less than 0.05meV for graphene. This means that germanene is a 2D material that may have real uses in the burgeoning field of quantum computing. One of the key components required to build a quantum computer is to obtain a quantum state, which can be used to encode information in the form of a qubit. The spin on the electron is a classic and well-documented quantum state, and it can potentially be measured and manipulated. This is a new form of electronics – spintronics – and germanene may well be a useful material in these efforts. The spin-orbit gap also makes it of interest to quantum condensed matter physicists: it can be used as an experimental material to observe the quantum-spin Hall effect at accessible temperatures.

量子旋转厅州不仅引起了理论和实验物理学家的兴趣 - 尽管该领域的理论突破最近确实赢得了诺贝尔奖。它们与物质的新阶段，拓扑绝缘子有关。您可以将拓扑绝缘子描述为“内部的绝缘体，在外部进行操作”。散装材料不会导致电力，但外部是超导的！合成此类材料可能会导致新型电子产品：欧洲杯足球竞彩有人建议可以用拓扑绝缘子制成纳米级线。这可能会导致非常快速和小的电路，从而使我们能够保持摩尔的定律继续前进，并提高我们可以在电路中获得的计算能力的处理速度和密度。除此之外，2D拓扑绝缘体类具有重要的自旋特性。首先预测石墨烯具有拓扑结构阶段，但是由于碳的自旋轨道耦合如此之低，因此不是expected to be possible to observe itany time soon – and it may not be possible to have such states at room temperature.

External strain of Germanene can cause its bandgap to change; this owes to the double-lattice structure which is in contrast to that of graphene. Given that you can tune the bandgap of germanene through this strain, it might find applications as a solar panel material, or in LEDs; this could also be useful for the nanoelectronic applications we mentioned earlier.

石墨烯和德国烯似乎最终都可能会发现一套截然不同的用途。可以更轻松地生产石墨烯；您可以通过分子束外延缓慢而昂贵，而是可以通过各种方法产生石墨烯，包括简单的去角质，剥落像石墨等材料。此外，碳比锗是一种更丰富的材料。然而，与此同时，Germanene共享许多使石墨烯成为令人兴奋的材料的属性，并增加了一些对旋转型，量子计算和半导体设备中潜在应用的极大兴趣。在这些领域之一中，德国烯似乎可能会填补重要的利基市场。而且，鉴于通过将不同的2D层夹在一起的范德华异质结构中的不同2D层将新属性综合的趋势增长，因此两层可能最终被合并为具有更大范围的欧洲杯足球竞彩应用范围的东西。

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