Silicene

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 10. ledna 2017; kontroly vyžadují 6 úprav .

Silicene ( angl.  silicene ) je dvourozměrná alotropní sloučenina křemíku podobná grafenu , ve které jsou alespoň některé atomy v sp 2 hybridizaci [2] .

Historie

Přestože teoretici spekulovali [3] [4] [5] o existenci a možných vlastnostech silicenu již od poloviny 90. let, k jeho objevu došlo až v roce 2010, kdy vědci poprvé pozorovali struktury křemíku podobné silicenu [6] [7 ] [8] . Pomocí skenovacího tunelového mikroskopu zkoumali samostatně sestavené silicenové nanoružky a silicenové listy narostlé na stříbrném krystalu v atomovém rozlišení .

Výpočty hustoty funkční teorie ukázaly, že atomy křemíku tvoří na stříbře plástvové struktury s mírným zakřivením, které činí konfigurace podobné grafenu pravděpodobnějšími.

V roce 2012 byl silicen pěstován na substrátu diboridu zirkoničitého ZrB 2 [9] .

Struktura a vlastnosti

Struktura silicenu je metastabilní [10] , na rozdíl od grafenu snadno interaguje s prostředím: na vzduchu oxiduje a váže se na další materiály [11] . Silicen vykazuje silnou tendenci vytvářet na svém povrchu nepravidelnosti a vyvýšeniny, což může být důsledkem povahy interakce sousedních atomů křemíku, které nejsou náchylné k tvorbě sp 2 vazeb [12] : různé výpočty naznačují, že výška nepravidelností je 0,44–0,53 Å . Nosiče náboje v silicenu jsou popsány Diracovou rovnicí pro bezhmotné částice [10] , stejně jako v grafenu, což vede k zákonu lineární disperze, ale významnou výhodou silicenu je schopnost řídit zakázané pásmo , což je důležité pro praktickou aplikaci. materiálu [10] [13] . Předpokládá se, že svými vlastnostmi se silicen může blížit topologickým izolantům [11] . Pomocí kvantově mechanických výpočtů bylo zjištěno, že Youngův modul v silicenu je 178 GPa , a ukázalo se, že je možné řídit elektrickou vodivost silicenu jeho mechanickým natahováním, převáděním z polokovového stavu na kov [14] . Modelování molekulární dynamiky dává nižší hodnotu Youngova modulu: asi 82 ​​GPa [15] . Pomocí teorie funkcionálu hustoty bylo ukázáno, že pohyblivost nosičů náboje v silicenu je 2,57·10 5 m 2 / ( V s ) při pokojové teplotě [16] .

Možné aplikace

Silicen je kompatibilní s křemíkovou elektronikou, protože je sám vyroben z křemíku [17] , takže se očekává, že najde široké uplatnění např. při výrobě tranzistorů [18] . Kromě potenciální kompatibility se stávající polovodičovou technologií má silicene výhodu nízké oxidovatelnosti kyslíku v blízkosti rozhraní s oxidem křemíku [19] . Výpočty hustoty funkcionální teorie ukázaly, že silikonové filmy jsou vynikající materiály pro výrobu tranzistorů s efektem pole . Vzhledem k tomu, že plochá struktura je pro silicene energeticky nevýhodná, vyznačuje se uspořádanými deformacemi na povrchu a zvýšenou flexibilitou ve srovnání s grafenem, což také zvyšuje rozsah jeho použití v elektronice [20] . V roce 2015 byla poprvé předvedena technologie pro vytvoření tranzistoru na bázi silicenu [21] [22] . Existují studie, které svědčí ve prospěch možnosti použití silicenu k vytvoření anody v sodíko-iontových bateriích [23] . Vzhledem ke zvláštnostem adsorpce plynů na svém povrchu může silicen najít uplatnění v oblasti vysoce citlivých molekulárních senzorů [24] .

Literatura

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

Poznámky

  1. ↑ Sone Junki , Yamagami Tsuyoshi , Aoki Yuki , Nakatsuji Kan , Hirayama Hiroyuki. Epitaxní růst silicenu na ultratenkých Ag(111) filmech  // New Journal of Physics. - 2014. - 17. září ( roč. 16 , č. 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. Experimentální důkazy pro epitaxní silicene na tenkých diboridových filmech  (anglicky)  // Physical Review Letters. — 2012-06-11. — Sv. 108 , iss. 24 . — S. 245501 . - ISSN 1079-7114 0031-9007, 1079-7114 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.108.245501 .
  3. ↑ Kyozaburo Takeda a Kenji Shiraishi. Teoretická možnost stupňovitého zvlnění v Si a Ge analogech grafitu  (anglicky)  // Physical Review B  : journal. - 1994. - Sv. 50 . - S. 14916 . - doi : 10.1103/PhysRevB.50.14916 .
  4. ↑ GG Guzman-Verri a LC Lew Yan Voon. Elektronická struktura nanostruktur na bázi křemíku  (anglicky)  // Physical Review B  : journal. - 2007. - Sv. 76 . — P. 075131 . - doi : 10.1103/PhysRevB.76.075131 .
  5. ↑ Cahangirov, Topsakal, Akturk, Sahin a Ciraci. Dvou- a jednorozměrné voštinové struktury křemíku a germánia  (anglicky)  // Physical Review Letters  : journal. - 2009. - Sv. 102 . — S. 236804 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.102.236804 .
  6. ↑ B. Aufray, A. Kara, S. Vizzini, H. Oughaddou, C. Léandri, B. Ealet a G. Le Lay. Grafenu podobné křemíkové nanoribbony na Ag(110): Možná tvorba silicenu  (anglicky)  // Applied Physics Letters  : journal. - 2010. - Sv. 96 . — S. 183102 .
  7. ↑ Zvýraznění výzkumu. Silicene: Flatter silicon  (anglicky)  // Nature Nanotechnology  : journal. - 2010. - Sv. 5 . — S. 384 . - doi : 10.1038/nnano.2010.124 .
  8. ↑ B. Lalmi, H. Oughaddou, H. Enriquez, A. Kara, S. Vizzini, B. Ealet a B. Aufray. Epitaxní růst silicene listu  (anglicky)  // Applied Physics Letters  : journal. - 2010. - Sv. 97 . — S. 223109 .
  9. ↑ A. Fleurence, R. Friedlein, Y. Wang a Y. Yamada-Takamura. Experimentální důkazy silicenu na ZrB 2 (0001)  (Rom.)  // Symposium on Surface and Nano Science 2011 (SSNS'11), Shizukuishi, Japonsko, 21.01.2011.
  10. ↑ 1 2 3 N. D. Drummond, V. Zólyomi, VI Fal'ko. Elektricky laditelná pásmová mezera v silicenu  // Physical Review B. - 2012-02-22. - T. 85 , č.p. 7 . - S. 075423 . - doi : 10.1103/PhysRevB.85.075423 .
  11. ↑ 1 2 Geoff Brumfiel. Sticky problem snares zázračný materiál   // Nature . — 2013-03-01. — Sv. 495 , iss. 7440 . — S. 152–153 . — ISSN 1476-4687 . - doi : 10.1038/495152a .
  12. ↑ Michelle Spencer, Tetsuya Morishita. Silicene: Struktura, vlastnosti a aplikace . — Springer, 2016-02-19. — 283 s. — ISBN 978-3-319-28344-9 .
  13. ↑ Zeyuan Ni, Qihang Liu, Kechao Tang, Jiaxin Zheng, Jing Zhou. Laditelný bandgap v silicene a germanene  // Nano Letters. — 2012-01-11. - T. 12 , č.p. 1 . — s. 113–118 . — ISSN 1530-6984 . - doi : 10.1021/nl203065e .
  14. ↑ G. Liu, MS Wu, C. Y. Ouyang, B. Xu. Přeměna polokovu na kov vyvolaná napětím v silicenu  // EPL (Europhysics Letters). — 2012-07-01. - T. 99 , č.p. 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. Vliv teploty a rychlosti deformace na mechanické vlastnosti silicenu  //  Journal of Applied Physics. — 2014-01-14. — Sv. 115 , iss. 2 . — S. 023519 . — ISSN 1089-7550 0021-8979, 1089-7550 . - doi : 10.1063/1.4861736 . Archivováno z originálu 29. prosince 2017.
  16. ↑ Zhi-Gang Shao, Xue-Sheng Ye, Lei Yang, Cang-Long Wang. Výpočet prvních principů vlastní mobility nosiče silicenu  // Journal of Applied Physics. — 2013-09-06. - T. 114 , č.p. 9 . - S. 093712 . — ISSN 0021-8979 . - doi : 10.1063/1.4820526 . Archivováno z originálu 2. srpna 2022.
  17. ↑ Patrick Vogt, Paola De Padova, Claudio Quaresima, Jose Avila, Emmanouil Frantzeskakis. Silicene: Přesvědčivé experimentální důkazy pro grafenový dvourozměrný křemík  // Physical Review Letters. — 2012-04-12. - T. 108 , č.p. 15 . - S. 155501 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.108.155501 .
  18. ↑ Alessandro Molle, Carlo Grazianetti, Li Tao, Deepyanti Taneja, Md. Hasibul Alam. Silicen, deriváty silicenu a jejich aplikace zařízení  //  Recenze Chemical Society. - 2018. - Sv. 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 a G. Le Lay. Proces oxidace křemíkových nanodrátů hořící zápalkou prověřených v atomovém  měřítku //  NanoLetters : deník. - 2008. - Sv. 8 . — S. 2299 .
  20. ↑ Deepthi Jose, Ayan Datta. Struktury a elektronické vlastnosti siliceneových klastrů: Slibný materiál pro FET a skladování vodíku   // Phys . Chem. Chem. Phys. : deník. - 2011. - Sv. 13 . — S. 7304 .
  21. ↑ Předveden první tranzistor založený na analogu grafenu - silicenu  - ruské Wikinews
  22. ↑ Tao, L. a kol. Silicenové tranzistory s efektem pole pracující při pokojové teplotě  (anglicky)  // Nature Nanotechnol : journal. - 2015. - doi : 10.1038/NNANO.2014.325 .
  23. ↑ Jiajie Zhu, Udo Schwingenschlögl. Silicen pro aplikace Na-iontových baterií  // 2D materiály. — 2016-08-19. - T. 3 , ne. 3 . - S. 035012 . — ISSN 2053-1583 . - doi : 10.1088/2053-1583/3/3/035012 .
  24. ↑ S. M. Aghaei, M. M. Monshi, I. Calizo. Teoretická studie adsorpce plynu na silicenových nanoribbonech a její aplikace ve vysoce citlivém molekulovém senzoru  //  RSC Advances. - 2016. - Sv. 6 , iss. 97 . — S. 94417–94428 . — ISSN 2046-2069 . - doi : 10.1039/C6RA21293J .

Odkazy