Silicen

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă revizuită de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 10 ianuarie 2017; verificările necesită 6 modificări .

Silicenul ( ing.  silicen ) este un compus alotrop de siliciu bidimensional , similar grafenului , în care cel puțin unii dintre atomi sunt în hibridizare sp 2 [2] .

Istorie

Deși teoreticienii au speculat [3] [4] [5] despre existența și posibilele proprietăți ale silicenului încă de la mijlocul anilor 1990, acesta nu a fost descoperit până în 2010, când cercetătorii au observat pentru prima dată structuri de siliciu asemănătoare silicenei [6] [7 ] [8] . Folosind un microscop cu tunel de scanare , ei au examinat nanoribonuri de silicină auto-asamblate și foi de silicină crescute pe un cristal de argint la rezoluție atomică .

Calculele teoriei funcționale a densității au arătat că atomii de siliciu formează structuri de tip fagure pe argint cu ușoare curburi care fac mai probabile configurații asemănătoare grafenului.

În 2012, silicenul a fost cultivat pe un substrat de diborură de zirconiu ZrB 2 [9] .

Structură și proprietăți

Structura silicenului este metastabilă [10] , spre deosebire de grafen, acesta interacționează ușor cu mediul: se oxidează în aer și se leagă de alte materiale [11] . Silicenul prezintă o tendință puternică de a forma neregularități și creste pe suprafața sa, ceea ce poate fi o consecință a naturii interacțiunii atomilor de siliciu învecinați, care nu sunt predispuși la formarea de legături sp 2 [12] : calcule diferite indică faptul că înălțimea neregulilor este de 0,44–0,53 Å . Purtătorii de sarcină din silicen sunt descriși de ecuația Dirac pentru particulele fără masă [10] , ca și în grafen, ceea ce duce la o lege de dispersie liniară, dar un avantaj semnificativ al silicenului este capacitatea de a controla banda interzisă , care este importantă pentru aplicarea practică. a materialului [10] [13] . Se presupune că din punct de vedere al proprietăților sale, silicena poate fi aproape de izolatorii topologici [11] . Folosind calcule mecanice cuantice , s-a constatat că modulul Young în silicen este de 178 GPa și s-a demonstrat că este posibil să se controleze conductivitatea electrică a silicinei prin întinderea mecanică a acestuia, transferându-l dintr-o stare semimetală într-un metal [14] . Modelarea dinamicii moleculare dă o valoare mai mică pentru modulul lui Young: aproximativ 82 GPa [15] . Folosind teoria funcțională a densității, s-a arătat că mobilitatea purtătorilor de sarcină în silicină este de 2,57·10 5 m 2 / ( V s ) la temperatura camerei [16] .

Aplicații posibile

Silicene este compatibil cu electronica cu siliciu, deoarece el însuși este fabricat din siliciu [17] , deci este de așteptat ca acesta să găsească o aplicație largă, de exemplu, în producția de tranzistori [18] . Pe lângă compatibilitatea sa potențială cu tehnologia semiconductoare existentă, silicena are avantajul unei oxidabilitate scăzută a oxigenului în apropierea interfeței cu oxidul de siliciu [19] . Calculele teoriei funcționale a densității au arătat că filmele de silicină sunt materiale excelente pentru fabricarea tranzistoarelor cu efect de câmp . Deoarece o structură plană este nefavorabilă din punct de vedere energetic pentru silicen, ea se caracterizează prin distorsiuni ordonate la suprafață și flexibilitate crescută în comparație cu grafenul, ceea ce mărește și domeniul de aplicare a acestuia în electronică [20] . În 2015, tehnologia de creare a unui tranzistor pe bază de silicină a fost demonstrată pentru prima dată [21] [22] . Există studii care mărturisesc în favoarea posibilității utilizării silicenului pentru a crea un anod în bateriile cu ioni de sodiu [23] . Datorită particularităților de adsorbție a gazelor pe suprafața sa, silicena își poate găsi aplicație în domeniul senzorilor moleculari foarte sensibili [24] .

Literatură

Spencer MJS, Morishita T. Silicene: Structure, Properties and Applications, Springer Series in Materials Science, Volumul 235. ISBN 978-3-319-28342-5. Springer International Publishing Elveția, 2016. - 2016. - ISBN 978-3-319-28342-5 .

Note

  1. ↑ Sone Junki , Yamagami Tsuyoshi , Aoki Yuki , Nakatsuji Kan , Hirayama Hiroyuki. Creșterea epitaxială a silicenului pe filme ultra-subțiri Ag(111)  // New Journal of Physics. - 2014. - 17 septembrie ( vol. 16 , nr. 9 ). - S. 095004 . — ISSN 1367-2630 . - doi : 10.1088/1367-2630/16/9/095004 .
  2. ↑ Antoine Fleurence, Rainer Friedlein, Taisuke Ozaki, Hiroyuki Kawai, Ying Wang. Dovezi experimentale pentru silicena epitaxială pe filmele subțiri de diboridă  (engleză)  // Scrisori de revizuire fizică. — 2012-06-11. — Vol. 108 , iss. 24 . — P. 245501 . - ISSN 1079-7114 0031-9007, 1079-7114 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.108.245501 .
  3. ↑ Kyozaburo Takeda și Kenji Shiraishi. Posibilitatea teoretică de ondulare în etapă în analogii Si și Ge ai grafitului  (engleză)  // Physical Review B  : jurnal. - 1994. - Vol. 50 . - P. 14916 . - doi : 10.1103/PhysRevB.50.14916 .
  4. ↑ GG Guzman-Verri și LC Lew Yan Voon. Structura electronică a nanostructurilor pe bază de siliciu  (engleză)  // Physical Review B  : jurnal. - 2007. - Vol. 76 . — P. 075131 . - doi : 10.1103/PhysRevB.76.075131 .
  5. ↑ Cahangirov, Topsakal, Akturk, Sahin și Ciraci. Structuri de fagure bidimensionale și unidimensionale ale siliciului și germaniului  (engleză)  // Physical Review Letters  : jurnal. - 2009. - Vol. 102 . — P. 236804 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.102.236804 .
  6. ↑ B. Aufray, A. Kara, S. Vizzini, H. Oughaddou, C. Léandri, B. Ealet și G. Le Lay. Nanoribbons de siliciu asemănător grafenului pe Ag(110): O posibilă formare de silicen  (engleză)  // Applied Physics Letters  : jurnal. - 2010. - Vol. 96 . — P. 183102 .
  7. ↑ Repere de cercetare. Silicene: Flatter silicon  (engleză)  // Nature Nanotechnology  : jurnal. - 2010. - Vol. 5 . — P. 384 . - doi : 10.1038/nnano.2010.124 .
  8. ↑ B. Lalmi, H. Oughaddou, H. Enriquez, A. Kara, S. Vizzini, B. Ealet și B. Aufray. Creșterea epitaxială a unei foi de silicen  (engleză)  // Applied Physics Letters  : journal. - 2010. - Vol. 97 . — P. 223109 .
  9. ↑ A. Fleurence, R. Friedlein, Y. Wang și Y. Yamada-Takamura. Dovezi experimentale pentru silicen pe ZrB 2 (0001)  (Rom.)  // Simpozion privind suprafața și nanoștiința 2011 (SSNS'11)，Shizukuishi, Japonia，21.01.2011.
  10. ↑ 1 2 3 N. D. Drummond, V. Zólyomi, VI Fal'ko. Banda interzisă reglabilă electric în silicen  // Physical Review B. - 2012-02-22. - T. 85 , nr. 7 . - S. 075423 . - doi : 10.1103/PhysRevB.85.075423 .
  11. ↑ 1 2 Geoff Brumfiel. Probleme lipicioase capcane material minune   // Natura . — 01-03-2013. — Vol. 495 , iss. 7440 . — P. 152–153 . — ISSN 1476-4687 . - doi : 10.1038/495152a .
  12. ↑ Michelle Spencer, Tetsuya Morishita. Silicen: Structură, Proprietăți și Aplicații . — Springer, 19.02.2016. — 283 p. — ISBN 978-3-319-28344-9 .
  13. ↑ Zeyuan Ni, Qihang Liu, Kechao Tang, Jiaxin Zheng, Jing Zhou. Bandgap reglabil în Silicene și Germanene  // Nano Letters. — 11-01-2012. - T. 12 , nr. 1 . — p. 113–118 . — ISSN 1530-6984 . - doi : 10.1021/nl203065e .
  14. ↑ G. Liu, MS Wu, C. Y. Ouyang, B. Xu. Tranziție semimetal-metal indusă de deformare în silicen  // EPL (Europhysics Letters). — 01-07-2012. - T. 99 , nr. 1 . - S. 17010 . — ISSN 1286-4854 0295-5075, 1286-4854 . - doi : 10.1209/0295-5075/99/17010 .
  15. ^ Qing-Xiang Pei, Zhen-Dong Sha, Ying-Yan Zhang, Yong-Wei Zhang. Efectele temperaturii și vitezei de deformare asupra proprietăților mecanice ale silicenului  //  Journal of Applied Physics. — 14-01-2014. — Vol. 115 , iss. 2 . — P. 023519 . — ISSN 1089-7550 0021-8979, 1089-7550 . - doi : 10.1063/1.4861736 . Arhivat din original pe 29 decembrie 2017.
  16. ↑ Zhi-Gang Shao, Xue-Sheng Ye, Lei Yang, Cang-Long Wang. Primele principii de calcul al mobilității intrinseci a purtătorului de silicen  // Journal of Applied Physics. — 06-09-2013. - T. 114 , nr. 9 . - S. 093712 . — ISSN 0021-8979 . - doi : 10.1063/1.4820526 . Arhivat din original pe 2 august 2022.
  17. ↑ Patrick Vogt, Paola De Padova, Claudio Quaresima, Jose Avila, Emmanouil Frantzeskakis. Silicen: Dovezi experimentale convingătoare pentru siliciul bidimensional asemănător grafenului  // Scrisori de revizuire fizică. — 12-04-2012. - T. 108 , nr. 15 . - S. 155501 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.108.155501 .
  18. ↑ Alessandro Molle, Carlo Grazianetti, Li Tao, Deepyanti Taneja, Md. Hasibul Alam. Silicen, derivați de silicen și aplicațiile lor pentru dispozitive  //  ​​Chemical Society Reviews. - 2018. - Vol. 47 , iss. 16 . — P. 6370–6387 . - ISSN 1460-4744 0306-0012, 1460-4744 . - doi : 10.1039/C8CS00338F .
  19. ↑ P. De Padova, C. Léandri, S. Vizzini, C. Quaresima, P. Perfetti, B. Olivieri, H. Oughaddou, B. Aufray și G. Le Lay. Procesul de oxidare a chibritului de ardere a nanofirelor de siliciu ecranate la  scară atomică //  NanoLetters : jurnal. - 2008. - Vol. 8 . — P. 2299 .
  20. ↑ Deepthi Jose, Ayan Datta. Structuri și proprietăți electronice ale clusterelor de silicen: un material promițător pentru FET și stocarea hidrogenului   // Phys . Chim. Chim. Fiz. : jurnal. - 2011. - Vol. 13 . — P. 7304 .
  21. ↑ S-a demonstrat primul tranzistor bazat pe analog de grafen - silicen  - Wikiștiri ruse
  22. ↑ Tao, L. și colab. Tranzistoare cu efect de câmp din silicen care funcționează la temperatura camerei  (engleză)  // Nature Nanotechnol : journal. - 2015. - doi : 10.1038/NNANO.2014.325 .
  23. ↑ Jiajie Zhu, Udo Schwingenschlögl. Silicină pentru aplicații de baterii Na-ion  // Materiale 2D. — 19.08.2016. - T. 3 , nr. 3 . - S. 035012 . — ISSN 2053-1583 . - doi : 10.1088/2053-1583/3/3/035012 .
  24. ↑ S. M. Aghaei, M. M. Monshi, I. Calizo. Un studiu teoretic al adsorbției de gaz pe nanoribonuri de silicină și aplicarea acestuia într-un senzor de moleculă extrem de sensibil  //  RSC Advances. - 2016. - Vol. 6 , iss. 97 . — P. 94417–94428 . — ISSN 2046-2069 . - doi : 10.1039/C6RA21293J .

Link -uri