Silicen

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 10 januari 2017; kontroller kräver 6 redigeringar .

Silicene ( eng.  silicene ) är en tvådimensionell allotrop kiselförening , liknande grafen , i vilken åtminstone några av atomerna är i sp 2 hybridisering [ 2] .

Historik

Även om teoretiker har spekulerat [3] [4] [5] om silicens existens och möjliga egenskaper sedan mitten av 1990-talet, upptäcktes det inte förrän 2010, då forskare först observerade kiselstrukturer som liknade silicen [6] [7] [8] . Med hjälp av ett scanningstunnelmikroskop undersökte de självmonterade silicennanorband och silicenark odlade på en silverkristall med atomupplösning .

Densitetsfunktionella teoriberäkningar har visat att kiselatomer bildar bikakestrukturer på silver med små krökningar som gör grafenliknande konfigurationer mer sannolika.

2012 odlades silicen på ett substrat av zirkoniumdiborid ZrB 2 [9] .

Struktur och egenskaper

Strukturen av silicen är metastabil [10] , till skillnad från grafen interagerar den lätt med miljön: den oxiderar i luft och binder till andra material [11] . Silicen uppvisar en stark tendens att bilda oregelbundenheter och åsar på sin yta, vilket kan vara en konsekvens av arten av interaktionen mellan närliggande kiselatomer, som inte är benägna att bilda sp 2 -bindningar [12] : olika beräkningar indikerar att höjden på ojämnheterna är 0,44–0,53 Å . Laddningsbärare i silicen beskrivs av Dirac-ekvationen för masslösa partiklar [10] , som i grafen, vilket leder till en linjär spridningslag, men en betydande fördel med silicen är förmågan att kontrollera bandgapet , vilket är viktigt för den praktiska tillämpningen av materialet [10] [13] . Det antas att silicen när det gäller dess egenskaper kan ligga nära topologiska isolatorer [11] . Med hjälp av kvantmekaniska beräkningar fann man att Youngs modul i silicen är 178 GPa , och det visades att det är möjligt att kontrollera den elektriska ledningsförmågan hos silicen genom att mekaniskt sträcka den, överföra den från ett halvmetalliskt tillstånd till en metall [14] . Molekylär dynamikmodellering ger ett lägre värde för Youngs modul: cirka 82 GPa [15] . Med hjälp av densitetsfunktionella teorin visades det att rörligheten för laddningsbärare i silicen är 2,57·10 5 m 2 / ( V s ) vid rumstemperatur [16] .

Möjliga tillämpningar

Silicen är kompatibelt med kiselelektronik eftersom det självt är tillverkat av kisel [17] , så det förväntas att det kommer att finna bred tillämpning, till exempel vid tillverkning av transistorer [18] . Utöver sin potentiella kompatibilitet med befintlig halvledarteknologi har silicen fördelen av låg syreoxiderbarhet nära gränsytan med kiseloxid [19] . Densitetsfunktionella teoriberäkningar har visat att silicenfilmer är utmärkta material för tillverkning av fälteffekttransistorer . Eftersom en platt struktur är energimässigt ogynnsam för silicen, kännetecknas den av ordnade förvrängningar på ytan och ökad flexibilitet jämfört med grafen, vilket också ökar användningsområdet inom elektronik [20] . 2015 demonstrerades tekniken för att skapa en transistor baserad på silicen för första gången [21] [22] . Det finns studier som vittnar till förmån för möjligheten att använda silicen för att skapa en anod i natriumjonbatterier [23] . På grund av särdragen med gasadsorption på dess yta, kan silicen hitta tillämpning inom området för mycket känsliga molekylära sensorer [24] .

Litteratur

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

Anteckningar

  1. ↑ Sone Junki , Yamagami Tsuyoshi , Aoki Yuki , Nakatsuji Kan , Hirayama Hiroyuki. Epitaxiell tillväxt av silicen på ultratunna Ag(111)-filmer  // New Journal of Physics. - 2014. - 17 september ( 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. Experimentella bevis för epitaxiell silicen på diborid tunna filmer  (engelska)  // Physical Review Letters. — 2012-06-11. — Vol. 108 , utg. 24 . — S. 245501 . - ISSN 1079-7114 0031-9007, 1079-7114 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.108.245501 .
  3. ↑ Kyozaburo Takeda och Kenji Shiraishi. Teoretisk möjlighet till scenkorrugering i Si- och Ge-analoger av grafit  (engelska)  // Physical Review B  : journal. - 1994. - Vol. 50 . - S. 14916 . - doi : 10.1103/PhysRevB.50.14916 .
  4. ↑ GG Guzman-Verri och LC Lew Yan Voon. Elektronisk struktur av kiselbaserade nanostrukturer  (engelska)  // Physical Review B  : journal. - 2007. - Vol. 76 . — S. 075131 . - doi : 10.1103/PhysRevB.76.075131 .
  5. ↑ Cahangirov, Topsakal, Akturk, Sahin och Ciraci. Två- och endimensionella honeycomb-strukturer av kisel och germanium  (engelska)  // Physical Review Letters  : journal. - 2009. - Vol. 102 . — S. 236804 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.102.236804 .
  6. ↑ B. Aufray, A. Kara, S. Vizzini, H. Oughaddou, C. Léandri, B. Ealet och G. Le Lay. Grafenliknande kiselnanoribbons på Ag(110): En möjlig bildning av silicen  (engelska)  // Applied Physics Letters  : journal. - 2010. - Vol. 96 . — S. 183102 .
  7. ↑ Forskningshöjdpunkt. Silicene: Flatter silicon  (engelska)  // Nature Nanotechnology  : journal. - 2010. - Vol. 5 . — S. 384 . - doi : 10.1038/nnano.2010.124 .
  8. ↑ B. Lalmi, H. Oughaddou, H. Enriquez, A. Kara, S. Vizzini, B. Ealet och B. Aufray. Epitaxial growth of a silicene sheet  (engelska)  // Applied Physics Letters  : journal. - 2010. - Vol. 97 . — S. 223109 .
  9. ↑ A. Fleurence, R. Friedlein, Y. Wang och Y. Yamada-Takamura. Experimentella bevis för 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. Elektriskt avstämbart bandgap i silicen  // Fysisk granskning B. - 2012-02-22. - T. 85 , nej. 7 . - S. 075423 . - doi : 10.1103/PhysRevB.85.075423 .
  11. ↑ 1 2 Geoff Brumfiel. Sticky problem snaror undrar material   // Nature . — 2013-03-01. — Vol. 495 , utg. 7440 . — S. 152–153 . — ISSN 1476-4687 . - doi : 10.1038/495152a .
  12. ↑ Michelle Spencer, Tetsuya Morishita. Silicen: struktur, egenskaper och tillämpningar . — Springer, 2016-02-19. — 283 sid. — ISBN 978-3-319-28344-9 .
  13. ↑ Zeyuan Ni, Qihang Liu, Kechao Tang, Jiaxin Zheng, Jing Zhou. Stämbart bandgap i silicene och germanen  // 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. Töjningsinducerad halvmetall-metallövergång 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 av temperatur och töjningshastighet på silicens mekaniska egenskaper  //  Journal of Applied Physics. — 2014-01-14. — Vol. 115 , iss. 2 . — S. 023519 . — ISSN 1089-7550 0021-8979, 1089-7550 . - doi : 10.1063/1.4861736 . Arkiverad från originalet den 29 december 2017.
  16. ↑ Zhi-Gang Shao, Xue-Sheng Ye, Lei Yang, Cang-Long Wang. Första principerna beräkning av silicens inneboende bärarmobilitet  // Journal of Applied Physics. — 2013-09-06. - T. 114 , nr. 9 . - S. 093712 . — ISSN 0021-8979 . - doi : 10.1063/1.4820526 . Arkiverad från originalet den 2 augusti 2022.
  17. ↑ Patrick Vogt, Paola De Padova, Claudio Quaresima, Jose Avila, Emmanouil Frantzeskakis. Silicene: Övertygande experimentella bevis för grafenliknande tvådimensionell kisel  // Fysiska granskningsbrev. — 2012-04-12. - T. 108 , nej. 15 . - S. 155501 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.108.155501 .
  18. ↑ Alessandro Molle, Carlo Grazianetti, Li Tao, Deepyanti Taneja, Md. Hasibul Alam. Silicen, silicenderivat och deras enhetstillämpningar  //  Chemical Society Reviews. - 2018. - Vol. 47 , iss. 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 och G. Le Lay. Oxidationsprocess för brännande tändstickor av kiselnanotrådar avskärmade i  atomskala //  NanoLetters : journal. - 2008. - Vol. 8 . — S. 2299 .
  20. ↑ Deepthi Jose, Ayan Datta. Strukturer och elektroniska egenskaper hos silicenkluster: Ett lovande material för FET- och vätelagring   // Phys . Chem. Chem. Phys. : journal. - 2011. - Vol. 13 . — S. 7304 .
  21. ↑ Demonstrerade den första transistorn baserad på analog av grafen - silicen  - Russian Wikinews
  22. ↑ Tao, L. et al. Silicenfälteffekttransistorer som arbetar vid rumstemperatur  (engelska)  // Nature Nanotechnol : journal. - 2015. - doi : 10.1038/NNANO.2014.325 .
  23. ↑ Jiajie Zhu, Udo Schwingenschlögl. Silicen för Na-jon batteriapplikationer  // 2D Materials. — 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 studie av gasadsorption på silicennanoband och dess tillämpning i en mycket känslig molekylsensor  //  RSC Advances. - 2016. - Vol. 6 , iss. 97 . — S. 94417–94428 . — ISSN 2046-2069 . - doi : 10.1039/C6RA21293J .

Länkar