自石墨烯被制備并于2010年獲得諾貝爾物理獎以來，全世界對二維層狀材料的關(guān)注持續(xù)升溫。其中，可用于下一代高性能晶體管的二維材料備受關(guān)注。然而，目前已知的絕大多數(shù)二維材料并不合適作為下一代高性能晶體管材料。例如，石墨烯盡管具有很高的電子傳輸速度，其獨(dú)特的零帶隙電子結(jié)構(gòu)限制了通過外加電壓實(shí)現(xiàn)電流開關(guān)功能（即無法實(shí)現(xiàn)晶體管所需的邏輯運(yùn)算功能）。此外，石墨烯作為碳材料，難以和現(xiàn)有的硅基半導(dǎo)體工業(yè)相結(jié)合。

硅烯是由硅原子組成的、類似于石墨烯的單層原子晶體。硅烯除了具有和石墨烯一樣超高電子傳輸速率、極薄以及透明柔軟特性之外，其能隙更易于打開和調(diào)控。最重要的是，作為硅材料，硅烯器件有可能利用現(xiàn)有的成熟硅基半導(dǎo)體工業(yè)手段生產(chǎn)。因此，科學(xué)家預(yù)言硅烯是最合適制作下一代高性能低能耗晶體管的理想材料之一。它的應(yīng)用將掀起新一輪的電子設(shè)備革命。

盡管上世紀(jì)90年代就有理論計算預(yù)測了硅烯的可能存在，直到2012年科學(xué)家才在實(shí)驗(yàn)室中采用分子束外延生長技術(shù)在金屬基底上成功制備出硅烯，并于2014年實(shí)現(xiàn)了硅烯的場效應(yīng)晶體管原型器件。然而，硅烯在由實(shí)驗(yàn)室走向工業(yè)化應(yīng)用的道路上依然面臨著很多的技術(shù)困難。其中最大的挑戰(zhàn)在于：如何將硅烯從金屬基底上剝離，進(jìn)行后續(xù)的器件加工。這個難題從硅烯發(fā)現(xiàn)之初就一直困擾著材料學(xué)界，成為硅烯器件研發(fā)的主要瓶頸。甚至有人斷言由于難度太大，硅烯將永遠(yuǎn)停留在基礎(chǔ)研究階段而無法真正走入應(yīng)用開發(fā)。

2014年起，由中國和澳大利亞多個課題組組成的一個聯(lián)合研究團(tuán)隊，對這一世界難題展開技術(shù)攻關(guān)。該團(tuán)隊由澳大利亞伍倫貢大學(xué)杜軼課題組、大連理工大學(xué)趙紀(jì)軍課題組、中科院物理所吳克輝課題組、中科院高能物理所王嘉鷗課題組所組成。結(jié)合各個課題組在對硅烯的制備、化學(xué)穩(wěn)定性、界面物理化學(xué)、理論計算模擬的前期研究基礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn)，中澳聯(lián)合研究團(tuán)隊提出了利用活性氣體分子做為“手術(shù)刀”將外延生長的硅烯從金屬基底上剪切下來的實(shí)驗(yàn)方案，并最終確定利用氧分子做為“化學(xué)剪刀”插入了外延的硅烯和金屬基底之間，成功將硅烯從金屬基底上剝離。在掃描隧道顯微鏡、原位拉曼光譜和角分辨光電子能譜等先進(jìn)設(shè)備的幫助下，中澳聯(lián)合研究團(tuán)隊首次得到了準(zhǔn)自由硅烯單層的原子結(jié)構(gòu)像、電子能帶結(jié)構(gòu)以及聲子特征譜等一系列極其重要的信息，并通過理論計算還原了氧分子剪裁剝離硅烯的整個過程。這一突破，為未來硅烯器件的研發(fā)提供了重要的科學(xué)和技術(shù)基礎(chǔ)。相關(guān)成果近期發(fā)表于美國《科學(xué)》雜志的子刊《科學(xué)進(jìn)展》（ScienceAdvances）（論文鏈接：http://advances.sciencemag.org/content/2/7/e1600067）。成果發(fā)表后，引起國際學(xué)術(shù)界關(guān)注，Phys.Org，IEEESpectrum，Nanowerk等國際科技媒體網(wǎng)站以“科學(xué)家用氧剪刀制備懸浮硅原子單層”、“硅烯制備的突破”“剝離硅層用于新電子學(xué)”等為題，紛紛進(jìn)行報道。

我校趙紀(jì)軍教授課題組自2012年起開展硅烯研究，在硅烯的生長行為、與襯底相互作用機(jī)制、氧化、堿金屬插層和能帶調(diào)控等方面發(fā)表了多篇有影響力的論文。其中關(guān)于銀襯底鈍化作用促進(jìn)和保護(hù)硅烯生長的理論預(yù)言，被2015年發(fā)表在NatureNanotechnology上的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。最近，趙紀(jì)軍課題組與杜軼課題組合作，系統(tǒng)研究了金屬襯底上硅烯不同超結(jié)構(gòu)的點(diǎn)缺陷，并解釋了不同硅烯超結(jié)構(gòu)缺陷密度的起因，論文發(fā)表于二維材料領(lǐng)域重要刊物2DMaterials（影響因子：9.661）。

今年趙紀(jì)軍教授還與中科院物理所吳克輝研究員、北京理工大學(xué)姚裕貴教授、北京大學(xué)呂勁副教授等合作，在國際材料科學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊《ProgressinMaterialsScience》（影響因子：31.083）上發(fā)表了題為“RiseofSilicene:aCompetitive2DMaterial”的長篇綜述論文