锗烷/Ge(111)同素异形体跨维度异质界面处的高迁移率空穴
材料科学
2026-01-09 v1
摘要
锗烷(GeH)本质上是石墨烯的氢终止锗类似物，具有约 1.6 eV 的直接带隙。在 15 K 下，单一同素异形体跨维度(D)异质界面处发现了创纪录的空穴迁移率 mu_h~67,000 cm2/Vs。这得益于使拓扑转变的二维 GeH 层与三维体相 Ge(111) 相接触。mu_h 的温度依赖性表明，在 20 K 至 250 K 之间存在无电离杂质散射的金属导电性。费米球的薄层空穴密度 n_S=2.8x10^11 /cm2 与霍尔测量的 3.0x10^11 /cm2 吻合良好。7 T 下的 6,500% 磁阻伴随甚至在 15 K 下即可观测到的 Shubnikov-de Haas 振荡。这些现象表明面内方向上具有小有效质量的空穴发生单带导电，引出了二维空穴气(2DHG)图像，即二维 GeH 与三维 Ge 之间的同素异形体跨维度异质界面容纳了二维受限的高迁移率空穴。即使没有复杂的异质外延和调制掺杂，同素异形体跨维度异质结构也为便捷制备 2DHG 铺平了道路。
引用
@article{arxiv.2601.04615,
title = {High mobility holes at germanane/Ge(111) allotropic cross-dimensional heterointerface},
author = {Yumiko Katayama and Daiki Kobayashi and Hikaru Okuma and Yuhsuke Yasutake and Susumu Fukatsu and Kazunori Ueno},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.04615},
year = {2026}
}