Silikeeni

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 10. tammikuuta 2017 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 6 muokkausta .

Siliceeni ( eng.  silicene ) on kaksiulotteinen allotrooppinen piiyhdiste , joka on samanlainen kuin grafeeni , jossa ainakin osa atomeista on sp 2 -hybridisaatiossa [2] .

Historia

Vaikka teoreetikot ovat spekuloineet [3] [4] [5] silseenin olemassaolosta ja mahdollisista ominaisuuksista 1990-luvun puolivälistä lähtien, se löydettiin vasta 2010, jolloin tutkijat havaitsivat ensimmäisen kerran silseenin kaltaisia ​​piirakenteita [6] [7 ] [8] . Pyyhkäisytunnelointimikroskoopilla he tutkivat itse koottuja silikeeninanonauhaja ja silikeenilevyjä, jotka oli kasvatettu hopeakiteellä atomiresoluutiolla .

Tiheysfunktionaalisen teorialaskelmat ovat osoittaneet, että piiatomit muodostavat hopealle hunajakennorakenteita, joissa on pieniä kaarevia, jotka tekevät grafeenin kaltaisista konfiguraatioista todennäköisempiä.

Vuonna 2012 siliseeniä kasvatettiin zirkoniumdiboridi ZrB 2 -substraatilla [9] .

Rakenne ja ominaisuudet

Silisenin rakenne on metastabiili [10] , toisin kuin grafeeni, se on helposti vuorovaikutuksessa ympäristön kanssa: se hapettuu ilmassa ja sitoutuu muihin materiaaleihin [11] . Siliseenillä on voimakas taipumus muodostaa pinnalle epäsäännöllisyyksiä ja harjuja, mikä voi olla seurausta viereisten piiatomien vuorovaikutuksen luonteesta, sillä piiatomit eivät ole alttiita sp 2 -sidosten muodostumiselle [12] : erilaiset laskelmat osoittavat, että epätasaisuuksien korkeus on 0,44–0,53 Å . Silikeenin varauksenkantoaineet kuvataan massattomille hiukkasille Dirac-yhtälöllä [10] , kuten grafeenissa, mikä johtaa lineaariseen dispersiolakiin, mutta silisenin merkittävä etu on kyky hallita kaistaväliä , mikä on tärkeää käytännön sovelluksen kannalta. materiaalista [10] [13] . Oletetaan, että siliseeni voi ominaisuuksiltaan olla lähellä topologisia eristeitä [11] . Kvanttimekaanisilla laskelmilla todettiin, että Youngin kimmokerroin siliseenissä on 178 GPa ja osoitettiin, että silisenin sähkönjohtavuutta on mahdollista ohjata mekaanisesti venyttämällä sitä siirtämällä se puolimetallitilasta metalliin [14] . Molekyylidynamiikan mallinnus antaa Youngin moduulille pienemmän arvon: noin 82 GPa [15] . Tiheysfunktionaalista teoriaa käyttämällä osoitettiin, että varauksenkuljettajien liikkuvuus siliseenissä on 2,57·10 5 m 2 / ( V s ) huoneenlämpötilassa [16] .

Mahdolliset sovellukset

Siliceeni on yhteensopiva piielektroniikan kanssa, koska se on itsessään valmistettu piistä [17] , joten sille odotetaan löytyvän laajaa käyttöä esimerkiksi transistorien valmistuksessa [18] . Sen lisäksi, että se on yhteensopiva nykyisen puolijohdeteknologian kanssa, silseenin etuna on alhainen hapen hapettuvuus lähellä piioksidin rajapintaa [19] . Tiheysfunktionaalisen teorialaskelmat ovat osoittaneet, että silikeenikalvot ovat erinomaisia ​​materiaaleja kenttätransistorien valmistukseen . Koska litteä rakenne on siliseenille energeettisesti epäedullinen, sille on ominaista järjestyneet pinnan vääristymät ja grafeeniin verrattuna lisääntynyt joustavuus, mikä lisää myös sen käyttöaluetta elektroniikassa [20] . Vuonna 2015 esiteltiin ensimmäistä kertaa teknologia silisiiniin perustuvan transistorin luomiseksi [21] [22] . On olemassa tutkimuksia, jotka tukevat mahdollisuutta käyttää sileeniä anodin luomiseksi natrium-ioni-akuissa [23] . Pinnallaan tapahtuvan kaasun adsorption erityispiirteistä johtuen siliseeniä voidaan käyttää erittäin herkkien molekyylisensorien alalla [24] .

Kirjallisuus

Spencer MJS, Morishita T. Silicene: Rakenne, ominaisuudet ja sovellukset, Springer-sarja materiaalitieteessä, osa 235. ISBN 978-3-319-28342-5. Springer International Publishing Switzerland, 2016. - 2016. - ISBN 978-3-319-28342-5 .

Muistiinpanot

  1. ↑ Sone Junki , Yamagami Tsuyoshi , Aoki Yuki , Nakatsuji Kan , Hirayama Hiroyuki. Silikeenin epitaksiaalinen kasvu ultraohuilla Ag(111)-kalvoilla  // New Journal of Physics. - 2014. - 17. syyskuuta ( nide 16 , nro 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. Kokeellinen todiste epitaksiaalisesta sileenistä diboridiohutkalvoilla  (englanniksi)  // Physical Review Letters. – 11.6.2012. — Voi. 108 , iss. 24 . — P. 245501 . - ISSN 1079-7114 0031-9007, 1079-7114 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.108.245501 .
  3. ↑ Kyozaburo Takeda ja Kenji Shiraishi. Vaiheaallon teoreettinen mahdollisuus grafiitin Si- ja Ge-analogeissa  (englanniksi)  // Physical Review B  : Journal. - 1994. - Voi. 50 . - s. 14916 . - doi : 10.1103/PhysRevB.50.14916 .
  4. ↑ GG Guzman-Verri ja LC Lew Yan Voon. Piipohjaisten nanorakenteiden elektroninen rakenne  (englanniksi)  // Physical Review B  : Journal. - 2007. - Voi. 76 . — P. 075131 . - doi : 10.1103/PhysRevB.76.075131 .
  5. ↑ Cahangirov, Topsakal, Akturk, Sahin ja Ciraci. Kaksi- ja yksiulotteiset hunajakennorakenteet piistä ja germaniumista  (englanniksi)  // Physical Review Letters  : Journal. - 2009. - Vol. 102 . — P. 236804 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.102.236804 .
  6. ↑ B. Aufray, A. Kara, S. Vizzini, H. Oughaddou, C. Léandri, B. Ealet ja G. Le Lay. Grafeenin kaltaiset piinanonauhat Ag(110):ssä: Silisenin mahdollinen muodostuminen  (englanniksi)  // Applied Physics Letters  : Journal. - 2010. - Vol. 96 . — P. 183102 .
  7. ↑ Tutkimuksen kohokohta. Silicene: Flatter Silicon  (englanniksi)  // 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 ja B. Aufray. Siliceenilevyn epitaksiaalinen kasvu  (englanniksi)  // Applied Physics Letters  : Journal. - 2010. - Vol. 97 . — P. 223109 .
  9. ↑ A. Fleurence, R. Friedlein, Y. Wang ja Y. Yamada-Takamura. Kokeellisia todisteita siliseenistä ZrB 2 :ssa (0001)  (Rom.)  // Symposium on Surface and Nano Science 2011 (SSNS'11), Shizukuishi, Japani, 21.01.2011.
  10. ↑ 1 2 3 N. D. Drummond, V. Zólyomi, VI Fal'ko. Sähköisesti viritettävä silikeeninauha  // Fyysinen katsaus B. - 2012-02-22. - T. 85 , no. 7 . - S. 075423 . - doi : 10.1103/PhysRevB.85.075423 .
  11. ↑ 1 2 Geoff Brumfiel. Tahmea ongelma ansoi ihmemateriaalia   // Luonto . - 2013-03-01. — Voi. 495 , iss. 7440 . — s. 152–153 . — ISSN 1476-4687 . - doi : 10.1038/495152a .
  12. ↑ Michelle Spencer, Tetsuya Morishita. Siliceeni: rakenne, ominaisuudet ja sovellukset . - Springer, 19.2.2016. — 283 s. — ISBN 978-3-319-28344-9 .
  13. ↑ Zeyuan Ni, Qihang Liu, Kechao Tang, Jiaxin Zheng, Jing Zhou. Viritettävä bandgap siliceenissä ja germaanissa  // Nano Letters. – 11.1.2012. - T. 12 , no. 1 . — s. 113–118 . — ISSN 1530-6984 . - doi : 10.1021/nl203065e .
  14. ↑ G. Liu, MS Wu, C. Y. Ouyang, B. Xu. Jännityksen aiheuttama puolimetalli-metalli-siirtymä siliseenissä  // EPL (Europhysics Letters). – 01.07.2012. - T. 99 , no. 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. Lämpötilan ja jännitysnopeuden vaikutukset silseenin mekaanisiin ominaisuuksiin  //  Journal of Applied Physics. – 14.1.2014. — Voi. 115 , iss. 2 . — P. 023519 . — ISSN 1089-7550 0021-8979, 1089-7550 . - doi : 10.1063/1.4861736 . Arkistoitu alkuperäisestä 29. joulukuuta 2017.
  16. ↑ Zhi-Gang Shao, Xue-Sheng Ye, Lei Yang, Cang-Long Wang. Silisenin sisäisen kantoaallon liikkuvuuden ensimmäiset periaatteet  // Journal of Applied Physics. – 6.9.2013. - T. 114 , no. 9 . - S. 093712 . — ISSN 0021-8979 . - doi : 10.1063/1.4820526 . Arkistoitu alkuperäisestä 2. elokuuta 2022.
  17. ↑ Patrick Vogt, Paola De Padova, Claudio Quaresima, Jose Avila, Emmanouil Frantzeskakis. Siliceeni: pakottavia kokeellisia todisteita grafeenimaisesta kaksiulotteisesta piistä  // Physical Review Letters. – 12.4.2012. - T. 108 , no. 15 . - S. 155501 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.108.155501 .
  18. ↑ Alessandro Molle, Carlo Grazianetti, Li Tao, Deepyanti Taneja, Md. Hasibul Alam. Silikeeni, silikeenijohdannaiset ja niiden laitesovellukset  //  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 ja G. Le Lay. Atomimittakaavassa seulottujen piinanolankojen palava  hapetusprosessi //  NanoLetters : päiväkirja. - 2008. - Voi. 8 . - s. 2299 .
  20. ↑ Deepthi Jose, Ayan Datta. Siliceeniklusterien rakenteet ja elektroniset ominaisuudet: Lupaava materiaali FET- ja vedynvarastointiin   // Phys . Chem. Chem. Phys. : päiväkirja. - 2011. - Vol. 13 . — s. 7304 .
  21. ↑ Esitteli ensimmäisen transistorin, joka perustuu analogiseen grafeeniin - silisiiniin  - Venäjän Wikiuutiset
  22. ↑ Tao, L. et ai. Huoneenlämmössä toimivat silikeenikenttätransistorit  (englanniksi)  // Nature Nanotechnol : Journal. - 2015. - doi : 10.1038/NNANO.2014.325 .
  23. ↑ Jiajie Zhu, Udo Schwingenschlögl. Silikeeni Na-ioni-akkusovelluksiin  // 2D-materiaalit. – 19.8.2016. - T. 3 , no. 3 . - S. 035012 . — ISSN 2053-1583 . - doi : 10.1088/2053-1583/3/3/035012 .
  24. ↑ S. M. Aghaei, M. M. Monshi, I. Calizo. Teoreettinen tutkimus kaasun adsorptiosta silikeeninanonauhailla ja sen soveltaminen erittäin herkässä molekyylisensorissa  //  RSC Advances. - 2016. - Vol. 6 , iss. 97 . — P. 94417–94428 . — ISSN 2046-2069 . - doi : 10.1039/C6RA21293J .

Linkit