Germanene es un material 2-D derivado del germanio y relacionado con el grafeno. Como no es estable fuera de las cámaras de vacío en las que se produce, no se han realizado mediciones reales de sus propiedades electrónicas. Los científicos dirigidos por el profesor Justin Ye de la Universidad de Groningen ahora han producido dispositivos con germanene estable. El material es un aislante, y se convierte en semiconductor después de un calentamiento moderado y en un conductor metálico muy bueno después de un calentamiento más fuerte. Los resultados fueron publicados en la revista Nano letras .

Los materiales de una sola capa atómica son de interés en la construcción de nuevos tipos de microelectrónica. El más conocido de estos, grafeno es un excelente conductor. Materiales como el silicio y el germanio también podrían ser interesantes, ya que son totalmente compatibles con protocolos bien establecidos para la fabricación de dispositivos, y podría integrarse sin problemas en la actual tecnología de semiconductores.

"Pero la versión 2-D del germanio, germanene, es muy inestable, "explica el profesor asociado de física de dispositivos de la Universidad de Groningen Justin Ye. Germanene se fabrica a partir de germanio mediante la adición de calcio. Los iones de calcio crean capas bidimensionales a partir de un cristal tridimensional y luego son reemplazadas por hidrógeno. Estas capas bidimensionales de germanio e hidrógeno se denominan germanano. Pero una vez que se elimina el hidrógeno para formar germanano, el material se vuelve inestable.

Ye y sus colegas resolvieron esto de una manera notablemente simple. Hicieron dispositivos con el germanane estable, y luego calentó el material para eliminar el hidrógeno. Esto resultó en dispositivos estables con germanene, lo que permitió a los científicos estudiar sus propiedades electrónicas.

Hidrógeno

"El material inicial fue un aislante, "dice Ye. Un estudiante de doctorado de su grupo calentó estos dispositivos, que es un método probado y comprobado para aumentar la conductividad. Observó que el material se volvió muy conductor, y su resistencia fue sólo un orden de magnitud por encima de la del grafeno. "Así que se convirtió en un excelente conductor metálico". Otros experimentos demostraron que el calentamiento moderado (hasta 200 ° C) producía germanano semiconductor.

Germanene puede, por lo tanto, ser un aislante, un semiconductor o un conductor metálico, dependiendo del tratamiento térmico con el que se procese. Permanece estable después de enfriarse a temperatura ambiente. El calentamiento hace que las escamas multicapa de germanene se vuelvan más delgadas, lo que confirma que el cambio en la conductividad probablemente sea causado por la desaparición del hidrógeno.

Germanene podría ser de interés en la construcción de dispositivos espintrónicos. Estos dispositivos utilizan una corriente de espines de electrones. Esta es una propiedad de la mecánica cuántica de los electrones, que se puede imaginar mejor como electrones girando alrededor de su propio eje, haciendo que se comporten como pequeñas agujas de brújula. El grafeno es un excelente conductor de espines de electrones, pero es difícil controlar los espines en este material debido a su débil interacción con los átomos de carbono (acoplamiento espín-órbita).

"Los átomos de germanio son más pesados, lo que significa que hay un acoplamiento espín-órbita más fuerte, ", dice Ye. Esto proporcionaría un mejor control de los espines. Ser capaz de construir germanene metálico con excelente conductividad y fuerte acoplamiento espín-órbita debería, por lo tanto, allanar el camino hacia los dispositivos espintrónicos.