金属晶格是均匀颗粒的晶体阵列，其中晶体的周期接近材料的某些特征物理长度尺度。

近日，美国宾夕法尼亚大学Thomas E. Mallouk，宾夕法尼亚州立大学Nasim Alem报道了一种锗金属晶格的合成和性质，其中二氧化硅胶体晶体模板的〜70 nm周期性接近纳米晶体Ge复制品的〜24 nm 激子玻尔半径。

文章要点

1）当探索量子限制效应或设计电子耦合的纳米结构时，由于纳米级的高表面积与体积之比，Ge表面存在非常严重的氧化的问题。基于此，为了消除表面氧化，研究人员发展了一种用无氧Si界面层保护Ge金属晶格的核壳层合成策略，并用透射电子显微镜、拉曼光谱和电子能量损失谱（EELS）研究了它的性质。

2）采用高压受限化学气相沉积法（HPcCVD）从GeH4中制备了直径69 nm的球形二氧化硅胶体晶体薄膜，并在其空隙中填充了多晶Ge。TEM-EDS（能量色散X射线光谱）和拉曼光谱证实，用HF水溶液腐蚀SiO2模板后，HPcCVD在Ge复制品表面均匀地包覆了一层无定形Si壳层。此外，壳的形成防止了在XPS的检测极限内Ge核的氧化。

3）通过使用STEM-EELS表征Ge 3d边缘起始点来研究核-壳结构的电子性质。随着金属晶格中Ge位点尺寸的减小，边缘开始出现蓝移，表明了Ge核的量子约束。而Ge核的量子约束程度取决于模板中的空隙尺寸，这可以通过使用不同尺寸的二氧化硅颗粒来调节。与Ge核相比，边缘起始位点也显示出向壳层附近更高能量的移动。在拉曼光谱中观察到Ge−Si振动模的这种位移表明Ge和Si的互扩散。

Pratibha Mahale, et al, Oxide-Free Three-Dimensional Germanium/Silicon Core−Shell Metalattice Made by High-Pressure Confined Chemical Vapor Deposition, ACS Nano, 2020

DOI：10.1021/acsnano.0c03559

https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c03559