Силіцен

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Jump to navigation Jump to search
Знімок поверхні епітаксійного силіцену (4×4) та т.зв. "мультишарового" (R3×R3) силіцену.

Силіце́н — двовимірна[en] одношарова алотропна форма Силіцію (Si), атоми якої утворюють гексагональну кристалічну ґратку типу бджолиних стільників (honeycombs). У силіценовій ґратці атоми Силіцію мають «змішану гібридизацію» типу «sp2/sp3», таким чином, ґратка є періодично-зігнутою (англ. buckled), на відміну від планарної ґратки графену. Електронна структура силіцену нагадує структуру графену, маючи лінійну дисперсію електронів на краю зони Бріллюена (в К точці), відтворюючи конус Дірака[en].

На разі відомо дві форми силіцену: вільний від підтримки (англ. free-standing) та епітаксійний (осаджений на підкладку). Існування вільного силіцену є теоретично спрогнозованим,[1][2][3] , хоча експериментального підтвердження поки що немає. Натомість, в 2012 році було експериментально отримано епітаксійний силіцен[4], що підсилило зацікавлення двовимірними матеріалами після деякого спаду зацікавленності графеном.[5][6] Однією із переваг силіцену є можливість контролю ширини забороненої зони, що є необхідною умовою використання матеріалу у мікроелектроніці. Заборонену зону силіцену можна відкрити за допомогою прикладення ортогонального електричного поля[7] або осадження сторонніх атомів[8] чи молекул[9], проводячи т.зв. функціоналізацію. Додатково, використання кристалів на основі Силіцію у мікроелектроніці є більш доступним й навіть звичним у порівнянні із кристалами на основі Карбону.

Силіцен є цікавим матеріалом з точки зору фізики твердого тіла, оскільки він одночасно містить двовимірний електронний газ й значну спін-орбітальну взаємодію, дозволяючи тим самим спостерігати відкриття забороненої зони за доступних температур (близько 20 К)[10], тим самим проявляючи топологічні властивості електронної будови. Подібні властивості силіцену роблять його кандидатом для спостережень низки квантових ефектів Холла, наприклад аномальний та спін-квантовий ефект Холла.

Хронологічно, силіцен — другий елементарний (такий, що складається лише з одного хімічного елементу) двовимірний матеріал після відкриття графену. Також існують роботи з синтезу германену[11] та інших елементарних двовимірних матеріалів (станен[en], борофен тощо).

Примітки[ред.ред. код]

  1. Takeda, Kyozaburo; Shiraishi, Kenji (1994-11-15). Theoretical possibility of stage corrugation in Si and Ge analogs of graphite. Physical Review B 50 (20). с. 14916–14922. doi:10.1103/PhysRevB.50.14916. Процитовано 2016-08-02.  (англ.)
  2. Guzmán-Verri, Gian G.; Lew Yan Voon, L. C. (2007-08-30). Electronic structure of silicon-based nanostructures. Physical Review B 76 (7). с. 075131. doi:10.1103/PhysRevB.76.075131. Процитовано 2016-08-02.  (англ.)
  3. Cahangirov, S. (2009-01-01). Two- and One-Dimensional Honeycomb Structures of Silicon and Germanium. Physical Review Letters 102 (23). doi:10.1103/PhysRevLett.102.236804. Процитовано 2016-08-02.  (англ.)
  4. Vogt, Patrick; De Padova, Paola; Quaresima, Claudio; Avila, Jose; Frantzeskakis, Emmanouil; Asensio, Maria Carmen; Resta, Andrea; Ealet, Bénédicte та ін. (2012-04-12). Silicene: Compelling Experimental Evidence for Graphenelike Two-Dimensional Silicon. Physical Review Letters 108 (15). с. 155501. doi:10.1103/PhysRevLett.108.155501. Процитовано 2016-08-02.  (англ.)
  5. Not just graphene - Materials Today. Процитовано 2016-08-02.  (англ.)
  6. Material Question. The New Yorker. Процитовано 2016-08-02.  (англ.)
  7. Drummond, N. D.; Zólyomi, V.; Fal'ko, V. I. (2012-02-22). Electrically tunable band gap in silicene. Physical Review B 85 (7). с. 075423. doi:10.1103/PhysRevB.85.075423. Процитовано 2017-12-02. 
  8. Zólyomi, V.; Wallbank, J. R.; Fal'ko, V. I. (2014-04-15). Silicane and germanane: tight-binding and first-principles studies. 2D Materials 1 (1). с. 011005. ISSN 2053-1583. doi:10.1088/2053-1583/1/1/011005. Процитовано 2017-12-02. 
  9. Huang, Bing; Xiang, H. J.; Wei, Su-Huai (2013-10-02). Chemical Functionalization of Silicene: Spontaneous Structural Transition and Exotic Electronic Properties. Physical Review Letters 111 (14). с. 145502. doi:10.1103/PhysRevLett.111.145502. Процитовано 2017-12-02. 
  10. Liu, Cheng-Cheng; Feng, Wanxiang; Yao, Yugui (2011-08-09). Quantum Spin Hall Effect in Silicene and Two-Dimensional Germanium. Physical Review Letters 107 (7). с. 076802. doi:10.1103/PhysRevLett.107.076802. Процитовано 2017-12-02. 
  11. Dávila, M. E.; Xian, L.; Cahangirov, S.; Rubio, A.; Lay, G. Le (2014-01-01). Germanene: a novel two-dimensional germanium allotrope akin to graphene and silicene. New Journal of Physics (en) 16 (9). с. 095002. ISSN 1367-2630. doi:10.1088/1367-2630/16/9/095002. Процитовано 2016-08-02.  (англ.)