Silicen

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 10. januar 2017; checks kræver 6 redigeringer .

Silicen ( eng.  silicene ) er en todimensional allotrop siliciumforbindelse , der ligner grafen , hvori mindst nogle af atomerne er i sp 2 - hybridisering [2] .

Historie

Selvom teoretikere har spekuleret [3] [4] [5] om silicens eksistens og mulige egenskaber siden midten af ​​1990'erne, blev det først opdaget i 2010, hvor forskere første gang observerede siliciumstrukturer, der ligner silicen [6] [7] [8] . Ved hjælp af et scanning tunnelmikroskop undersøgte de selvsamlede silicen nanobånd og silicenplader dyrket på en sølvkrystal ved atomopløsning .

Densitets funktionelle teoriberegninger har vist, at siliciumatomer danner honeycomb-strukturer på sølv med små krumninger, der gør grafenlignende konfigurationer mere sandsynlige.

I 2012 blev silicen dyrket på et substrat af zirconiumdiborid ZrB 2 [9] .

Struktur og egenskaber

Strukturen af ​​silicen er metastabil [10] , i modsætning til grafen interagerer den let med miljøet: den oxiderer i luften og binder sig til andre materialer [11] . Silicen viser en stærk tendens til at danne uregelmæssigheder og kamme på overfladen, hvilket kan være en konsekvens af arten af ​​vekselvirkningen mellem tilstødende siliciumatomer, som ikke er tilbøjelige til at danne sp 2 bindinger [12] : forskellige beregninger indikerer, at højden af ​​ujævnhederne er 0,44–0,53 Å . Ladningsbærere i silicen er beskrevet af Dirac-ligningen for masseløse partikler [10] som i grafen, hvilket fører til en lineær spredningslov, men en væsentlig fordel ved silicen er evnen til at kontrollere båndgabet , hvilket er vigtigt for den praktiske anvendelse af materialet [10] [13] . Det antages, at silicen med hensyn til dets egenskaber kan være tæt på topologiske isolatorer [11] . Ved hjælp af kvantemekaniske beregninger fandt man ud af, at Youngs modul i silicen er 178 GPa , og det blev vist, at det er muligt at kontrollere silicens elektriske ledningsevne ved mekanisk at strække det, overføre det fra en semimetallisk tilstand til et metal [14] . Molekylær dynamik modellering giver en lavere værdi for Youngs modul: omkring 82 GPa [15] . Ved hjælp af densitetsfunktionsteorien blev det vist, at mobiliteten af ​​ladningsbærere i silicen er 2,57·10 5 m 2 / ( V s ) ved stuetemperatur [16] .

Mulige anvendelser

Silicen er kompatibel med siliciumelektronik, da det i sig selv er lavet af silicium [17] , så det forventes, at det vil finde bred anvendelse, for eksempel i produktionen af ​​transistorer [18] . Ud over dets potentielle kompatibilitet med eksisterende halvlederteknologi har silicen fordelen af ​​lav oxygenoxiderbarhed nær grænsefladen med siliciumoxid [19] . Densitet funktionelle teoriberegninger har vist, at silicenfilm er fremragende materialer til fremstilling af felteffekttransistorer . Da en flad struktur er energetisk ugunstig for silicen, er den karakteriseret ved ordnede forvrængninger på overfladen og øget fleksibilitet sammenlignet med grafen, hvilket også øger rækkevidden af ​​dets anvendelse i elektronik [20] . I 2015 blev teknologien til at skabe en transistor baseret på silicen demonstreret for første gang [21] [22] . Der er undersøgelser, der vidner til fordel for muligheden for at bruge silicen til at skabe en anode i natrium-ion-batterier [23] . På grund af de særlige forhold ved gasadsorption på dens overflade, kan silicen finde anvendelse inden for meget følsomme molekylære sensorer [24] .

Litteratur

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

Noter

  1. ↑ Sone Junki , Yamagami Tsuyoshi , Aoki Yuki , Nakatsuji Kan , Hirayama Hiroyuki. Epitaksial vækst af silicen på ultratynde Ag(111) film  // New Journal of Physics. - 2014. - 17. september ( bind 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. Eksperimentelle beviser for epitaksial silicen på diborid tynde film  (engelsk)  // Physical Review Letters. — 2012-06-11. — Bd. 108 , udg. 24 . — S. 245501 . - ISSN 1079-7114 0031-9007, 1079-7114 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.108.245501 .
  3. ↑ Kyozaburo Takeda og Kenji Shiraishi. Teoretisk mulighed for fasekorrugering i Si- og Ge-analoger af grafit  (engelsk)  // Physical Review B  : journal. - 1994. - Bd. 50 . - S. 14916 . - doi : 10.1103/PhysRevB.50.14916 .
  4. ↑ GG Guzman-Verri og LC Lew Yan Voon. Elektronisk struktur af siliciumbaserede nanostrukturer  (engelsk)  // Physical Review B  : journal. - 2007. - Bd. 76 . — P. 075131 . - doi : 10.1103/PhysRevB.76.075131 .
  5. ↑ Cahangirov, Topsakal, Akturk, Sahin og Ciraci. To- og endimensionelle honeycomb-strukturer af silicium og germanium  (engelsk)  // Physical Review Letters  : journal. - 2009. - Bd. 102 . — S. 236804 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.102.236804 .
  6. ↑ B. Aufray, A. Kara, S. Vizzini, H. Oughaddou, C. Léandri, B. Ealet og G. Le Lay. Grafen-lignende silicium nanobånd på Ag(110): En mulig dannelse af silicen  (engelsk)  // Applied Physics Letters  : journal. - 2010. - Bd. 96 . — S. 183102 .
  7. ↑ Forskningshøjdepunkt. Silicen: Flatter silicium  (engelsk)  // Nature Nanotechnology  : journal. - 2010. - Bd. 5 . — S. 384 . - doi : 10.1038/nnano.2010.124 .
  8. ↑ B. Lalmi, H. Oughaddou, H. Enriquez, A. Kara, S. Vizzini, B. Ealet og B. Aufray. Epitaxial growth of a silicene sheet  (engelsk)  // Applied Physics Letters  : journal. - 2010. - Bd. 97 . — S. 223109 .
  9. ↑ A. Fleurence, R. Friedlein, Y. Wang og Y. Yamada-Takamura. Eksperimentel bevis for silicen på ZrB 2 (0001)  (Rom.)  // Symposium on Surface and Nano Science 2011 (SSNS'11), Shizukuishi, Japan, 2011.01.21.
  10. ↑ 1 2 3 N. D. Drummond, V. Zólyomi, VI Fal'ko. Elektrisk afstembar båndgab i silicen  // Fysisk gennemgang B. - 2012-02-22. - T. 85 , no. 7 . - S. 075423 . - doi : 10.1103/PhysRevB.85.075423 .
  11. ↑ 1 2 Geoff Brumfiel. Sticky problem snarer vidundermateriale   // Nature . — 01-03-2013. — Bd. 495 , udg. 7440 . — S. 152–153 . — ISSN 1476-4687 . - doi : 10.1038/495152a .
  12. ↑ Michelle Spencer, Tetsuya Morishita. Silicen: struktur, egenskaber og anvendelser . — Springer, 2016-02-19. — 283 s. — ISBN 978-3-319-28344-9 .
  13. ↑ Zeyuan Ni, Qihang Liu, Kechao Tang, Jiaxin Zheng, Jing Zhou. Tunable Bandgap i Silicene og Germanene  // Nano Letters. — 2012-01-11. - T. 12 , nej. 1 . — s. 113–118 . — ISSN 1530-6984 . - doi : 10.1021/nl203065e .
  14. ↑ G. Liu, MS Wu, C. Y. Ouyang, B. Xu. Deformationsinduceret semimetal-metal-overgang i silicen  // EPL (Europhysics Letters). — 2012-07-01. - T. 99 , nej. 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. Effekter af temperatur og belastningshastighed på silicens mekaniske egenskaber  //  Journal of Applied Physics. — 2014-01-14. — Bd. 115 , udg. 2 . — P. 023519 . — ISSN 1089-7550 0021-8979, 1089-7550 . - doi : 10.1063/1.4861736 . Arkiveret fra originalen den 29. december 2017.
  16. ↑ Zhi-Gang Shao, Xue-Sheng Ye, Lei Yang, Cang-Long Wang. Første-principper-beregning af silicens indre bærermobilitet  // Journal of Applied Physics. — 2013-09-06. - T. 114 , no. 9 . - S. 093712 . — ISSN 0021-8979 . - doi : 10.1063/1.4820526 . Arkiveret fra originalen den 2. august 2022.
  17. ↑ Patrick Vogt, Paola De Padova, Claudio Quaresima, Jose Avila, Emmanouil Frantzeskakis. Silicene: Overbevisende eksperimentel evidens for grafenlignende todimensionelt silicium  // Physical Review Letters. — 2012-04-12. - 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, silicenderivater og deres enhedsapplikationer  //  Chemical Society Reviews. - 2018. - Bd. 47 , udg. 16 . — S. 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 og G. Le Lay. Brændende tændstikoxidationsproces af siliciumnanotråde screenet på  atomskala //  NanoLetters : journal. - 2008. - Bd. 8 . — S. 2299 .
  20. ↑ Deepthi Jose, Ayan Datta. Strukturer og elektroniske egenskaber af silicenklynger: Et lovende materiale til FET- og brintlagring   // Fysisk . Chem. Chem. Phys. : journal. - 2011. - Bd. 13 . — S. 7304 .
  21. ↑ Demonstrerede den første transistor baseret på analog af grafen - silicen  - Russian Wikinews
  22. ↑ Tao, L. et al. Silicenfelteffekttransistorer, der fungerer ved stuetemperatur  (engelsk)  // Nature Nanotechnol : journal. - 2015. - doi : 10.1038/NNANO.2014.325 .
  23. ↑ Jiajie Zhu, Udo Schwingenschlögl. Silicen til Na-ion batteriapplikationer  // 2D materialer. — 2016-08-19. - T. 3 , nej. 3 . - S. 035012 . — ISSN 2053-1583 . - doi : 10.1088/2053-1583/3/3/035012 .
  24. ↑ S. M. Aghaei, M. M. Monshi, I. Calizo. En teoretisk undersøgelse af gasadsorption på silicen nanobånd og dets anvendelse i en meget følsom molekylesensor  //  RSC Advances. - 2016. - Bd. 6 , iss. 97 . — S. 94417–94428 . — ISSN 2046-2069 . - doi : 10.1039/C6RA21293J .

Links