新型二維半導(dǎo)體材料黑磷(磷烯)因具有優(yōu)異的光電和輸運(yùn)特性而受到廣泛關(guān)注，并激發(fā)了學(xué)者們對(duì)VA族類似材料，如砷烯(α-砷烯和?-砷烯)、銻烯和鉍烯的研究興趣。作為重要的半導(dǎo)體材料，高純砷一直備受關(guān)注。近幾年來(lái)，關(guān)于砷烯理論研究的報(bào)道越來(lái)越多，實(shí)驗(yàn)研究也取得了一定進(jìn)展。本文著重從應(yīng)變、電場(chǎng)、元素?fù)诫s、取代、官能團(tuán)化、納米帶裁剪、異質(zhì)結(jié)、器件模擬等方面介紹了與砷烯相關(guān)的理論研究工作最新進(jìn)展，總結(jié)了對(duì)應(yīng)情況下砷烯能帶結(jié)構(gòu)、光學(xué)性質(zhì)、磁性、拓?fù)浣^緣態(tài)、光催化、輸運(yùn)性質(zhì)和器件性能等特點(diǎn)。介紹了"當(dāng)前幾個(gè)研究小組對(duì)灰砷(?-砷烯)和本課題組對(duì)黑砷(α-砷烯)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究情況。最后對(duì)該材料體系的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。
圖1 二維VA族材料在場(chǎng)效應(yīng)晶體管、光探測(cè)器、TI自旋電子學(xué)器件、癌癥治療、發(fā)光器件、氣體傳感器、熱電和能源器件等方面的應(yīng)用。
圖2. ?-砷烯的晶體結(jié)構(gòu)示意圖(左)和第一性原理雜化密度泛函HSE06計(jì)算得到的單層、雙層和三層?-砷烯的能帶結(jié)構(gòu)圖。
圖3 a) α-砷烯的晶體結(jié)構(gòu)示意圖和(b)第一性原理revPBE、雜化密度泛函HSE06計(jì)算得到的α-砷烯帶隙隨層數(shù)變化圖。
圖4. 層狀黑砷晶格與物性的各向異性：(a)用DFT計(jì)算的b—As結(jié)構(gòu)晶格參數(shù)的三維表示；(b)機(jī)械剝落的b-As的AFM像；(C)具有原子分辨率的b—As的HRTEM圖像；(d)沿b-As和其他二維材料的Ac和zz方向的電導(dǎo)率σ、遷移率μ、熱導(dǎo)率K和有效質(zhì)量m‘的平面內(nèi)各向異性的比較。
圖5 黑砷器件的環(huán)境穩(wěn)定性：(a)少層b-As晶體管的源漏，I-V曲線與環(huán)境暴露時(shí)間的關(guān)系；(b)記錄的晶體管26 d的轉(zhuǎn)移曲線；(c)晶體管的載流子遷移率和開(kāi)關(guān)比隨暴露在空氣中時(shí)間的變化；(d) b-As中氧含量隨時(shí)間的變化。
相關(guān)科研成果由中南大學(xué)物理與電子學(xué)院夏慶林等人于2019年發(fā)表在材料導(dǎo)報(bào)上。原文：新型二維半導(dǎo)體材料砷烯的研究進(jìn)展。
