Siliceno

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El siliceno ( ing.  silicene ) es un compuesto de silicio alotrópico bidimensional , similar al grafeno , en el que al menos algunos de los átomos están en hibridación sp 2 [2] .

Historia

Aunque los teóricos han estado especulando [3] [4] [5] sobre la existencia y las posibles propiedades del siliceno desde mediados de la década de 1990, no se descubrió hasta 2010, cuando los investigadores observaron por primera vez estructuras de silicio similares al siliceno [6] [7 ] [8] . Utilizando un microscopio de efecto túnel , examinaron nanocintas de siliceno autoensambladas y láminas de siliceno cultivadas en un cristal de plata a resolución atómica .

Los cálculos de la teoría funcional de la densidad han demostrado que los átomos de silicio forman estructuras de panal en la plata con ligeras curvaturas que hacen que las configuraciones similares al grafeno sean más probables.

En 2012, se cultivó siliceno sobre un sustrato de diboruro de circonio ZrB 2 [9] .

Estructura y propiedades

La estructura del siliceno es metaestable [10] , a diferencia del grafeno, interactúa fácilmente con el medio ambiente: se oxida en el aire y se une a otros materiales [11] . El siliceno muestra una fuerte tendencia a formar irregularidades y crestas en su superficie, lo que puede ser consecuencia de la naturaleza de la interacción de los átomos de silicio vecinos, que no son propensos a la formación de enlaces sp 2 [12] : diferentes cálculos indican que el la altura de las irregularidades es de 0,44 a 0,53 Å . Los portadores de carga en el siliceno se describen mediante la ecuación de Dirac para partículas sin masa [10] , como en el grafeno, lo que lleva a una ley de dispersión lineal, pero una ventaja significativa del siliceno es la capacidad de controlar la brecha de banda , que es importante para la aplicación práctica. del material [10] [13] . Se supone que, en términos de sus propiedades, el siliceno puede estar cerca de los aisladores topológicos [11] . Usando cálculos de mecánica cuántica , se encontró que el módulo de Young en el siliceno es de 178 GPa , y se demostró que es posible controlar la conductividad eléctrica del siliceno al estirarlo mecánicamente, transfiriéndolo de un estado semimetálico a un metal [14] . El modelado de dinámica molecular da un valor más bajo para el módulo de Young: alrededor de 82 GPa [15] . Utilizando la teoría funcional de la densidad, se demostró que la movilidad de los portadores de carga en el siliceno es de 2,57·10 5 m 2 / ( V s ) a temperatura ambiente [16] .

Posibles aplicaciones

El silicio es compatible con la electrónica de silicio ya que está hecho de silicio [17] , por lo que se espera que encuentre una amplia aplicación, por ejemplo, en la producción de transistores [18] . Además de su posible compatibilidad con la tecnología de semiconductores existente, el siliceno tiene la ventaja de una baja oxidabilidad del oxígeno cerca de la interfaz con el óxido de silicio [19] . Los cálculos de la teoría funcional de la densidad han demostrado que las películas de silicona son excelentes materiales para la fabricación de transistores de efecto de campo . Dado que una estructura plana es energéticamente desfavorable para el siliceno, se caracteriza por distorsiones ordenadas en la superficie y una mayor flexibilidad en comparación con el grafeno, lo que también aumenta el rango de su aplicación en electrónica [20] . En 2015 se demostró por primera vez la tecnología para crear un transistor basado en siliceno [21] [22] . Hay estudios que dan testimonio a favor de la posibilidad de utilizar siliceno para crear un ánodo en baterías de iones de sodio [23] . Debido a las peculiaridades de la adsorción de gas en su superficie, el siliceno puede encontrar aplicación en el campo de los sensores moleculares de alta sensibilidad [24] .

Literatura

Spencer MJS, Morishita T. Siliceno: estructura, propiedades y aplicaciones, serie Springer en ciencia de materiales, volumen 235. ISBN 978-3-319-28342-5. Springer International Publishing Suiza, 2016. - 2016. - ISBN 978-3-319-28342-5 .

Notas

  1. ↑ Sone Junki , Yamagami Tsuyoshi , Aoki Yuki , Nakatsuji Kan , Hirayama Hiroyuki. Crecimiento epitaxial de siliceno en películas ultrafinas de Ag(111)  // New Journal of Physics. - 2014. - 17 de septiembre ( vol. 16 , núm. 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. Evidencia experimental de siliceno epitaxial en películas delgadas de diboruro  (inglés)  // Cartas de revisión física. — 2012-06-11. — vol. 108 , edición. 24 . — Pág. 245501 . - ISSN 1079-7114 0031-9007, 1079-7114 . -doi : 10.1103 / PhysRevLett.108.245501 .
  3. ↑ Kyozaburo Takeda y Kenji Shiraishi. Posibilidad teórica de corrugación de etapa en análogos de Si y Ge de grafito  (inglés)  // Physical Review B  : revista. - 1994. - vol. 50 . - Pág. 14916 . -doi : 10.1103 / PhysRevB.50.14916 .
  4. ↑ GG Guzmán-Verri y LC Lew Yan Voon. Estructura electrónica de nanoestructuras basadas en silicio  (inglés)  // Revisión física B  : revista. - 2007. - vol. 76 . — Pág. 075131 . -doi : 10.1103 / PhysRevB.76.075131 .
  5. ↑ Cahangirov, Topsakal, Akturk, Sahin y Ciraci. Estructuras de nido de abeja bidimensionales y unidimensionales de silicio y germanio  (inglés)  // Cartas de revisión física  : revista. - 2009. - Vol. 102 . — Pág. 236804 . -doi : 10.1103 / PhysRevLett.102.236804 .
  6. ↑ B. Aufray, A. Kara, S. Vizzini, H. Oughaddou, C. Léandri, B. Ealet y G. Le Lay. Nanocintas de silicio similares al grafeno en Ag (110): una posible formación de siliceno  (inglés)  // Applied Physics Letters  : revista. - 2010. - Vol. 96 . — Pág. 183102 .
  7. ↑ Investigación destacada. Silicene: Flatter silicon  (inglés)  // Nature Nanotechnology  : revista. - 2010. - Vol. 5 . — Pág. 384 . -doi : 10.1038 / nnano.2010.124 .
  8. ↑ B. Lalmi, H. Oughaddou, H. Enriquez, A. Kara, S. Vizzini, B. Ealet y B. Aufray. Crecimiento epitaxial de una hoja de siliceno  (inglés)  // Applied Physics Letters  : revista. - 2010. - Vol. 97 . — Pág. 223109 .
  9. ↑ A. Fleurence, R. Friedlein, Y. Wang y Y. Yamada-Takamura. Evidencia experimental de siliceno en ZrB 2 (0001)  (Rom.)  // Simposio sobre superficies y nanociencia 2011 (SSNS'11)，Shizukuishi, Japón，2011.01.21.
  10. ↑ 1 2 3 N. D. Drummond, V. Zólyomi, VI Fal'ko. Banda prohibida sintonizable eléctricamente en siliceno  // Revisión física B. - 2012-02-22. - T. 85 , n. 7 . - S. 075423 . -doi : 10.1103 / PhysRevB.85.075423 .
  11. ↑ 1 2 Geoff Brumfiel. Problema pegajoso atrapa material maravilloso   // Naturaleza . — 2013-03-01. — vol. 495 , edición. 7440 . — P. 152–153 . — ISSN 1476-4687 . -doi : 10.1038/ 495152a .
  12. ↑ Michelle Spencer, Tetsuya Morishita. Siliceno: Estructura, Propiedades y Aplicaciones . — Springer, 2016-02-19. — 283 pág. — ISBN 978-3-319-28344-9 .
  13. ↑ Zeyuan Ni, Qihang Liu, Kechao Tang, Jiaxin Zheng, Jing Zhou. Bandgap sintonizable en siliceno y germaneno  // Nano letras. — 2012-01-11. - T. 12 , n. 1 . — págs. 113–118 . — ISSN 1530-6984 . -doi : 10.1021/ nl203065e .
  14. ↑ G. Liu, MS Wu, C. Y. Ouyang, B. Xu. Transición semimetal-metal inducida por deformación en siliceno  // EPL (Europhysics Letters). — 2012-07-01. - T. 99 , núm. 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. Efectos de la temperatura y la velocidad de deformación sobre las propiedades mecánicas del siliceno  //  Journal of Applied Physics. — 2014-01-14. — vol. 115 , edición. 2 . — Pág. 023519 . — ISSN 1089-7550 0021-8979, 1089-7550 . -doi : 10.1063/ 1.4861736 . Archivado desde el original el 29 de diciembre de 2017.
  16. ↑ Zhi-Gang Shao, Xue-Sheng Ye, Lei Yang, Cang-Long Wang. Cálculo de primeros principios de la movilidad intrínseca del portador de siliceno  // Journal of Applied Physics. — 2013-09-06. - T. 114 , n. 9 _ - S. 093712 . — ISSN 0021-8979 . -doi : 10.1063/ 1.4820526 . Archivado desde el original el 2 de agosto de 2022.
  17. ↑ Patrick Vogt, Paola De Padova, Claudio Quaresima, José Ávila, Emmanouil Frantzeskakis. Siliceno: Evidencia experimental convincente de silicio bidimensional similar al grafeno  // Cartas de revisión física. — 2012-04-12. - T. 108 , n. 15 _ - S. 155501 . -doi : 10.1103 / PhysRevLett.108.155501 .
  18. ↑ Alessandro Molle, Carlo Grazianetti, Li Tao, Deepyanti Taneja, MD. Hasibul Alam. Siliceno, derivados del siliceno y sus aplicaciones para dispositivos  //  Chemical Society Reviews. - 2018. - Vol. 47 , edición. 16 _ — Pág. 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 y G. Le Lay. Proceso de oxidación de fósforos ardientes de nanocables de silicio examinados a  escala atómica //  NanoLetters : diario. - 2008. - Vol. 8 _ — Pág. 2299 .
  20. ↑ Deepthi José, Ayan Datta. Estructuras y propiedades electrónicas de los clústeres de siliceno: un material prometedor para FET y almacenamiento de hidrógeno   // Phys . química química física : diario. - 2011. - vol. 13 _ — Pág. 7304 .
  21. ↑ Demostró el primer transistor basado en un análogo de grafeno - siliceno  - Wikinoticias rusas
  22. ↑ Tao, L. et al. Transistores de efecto de campo de silicio que funcionan a temperatura ambiente  (inglés)  // Nature Nanotechnol: revista. - 2015. - doi : 10.1038/NNANO.2014.325 .
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  24. ↑ S. M. Aghaei, M. M. Monshi, I. Calizo. Un estudio teórico de la adsorción de gas en nanocintas de siliceno y su aplicación en un sensor de moléculas altamente sensible  //  RSC Advances. - 2016. - Vol. 6 , edición. 97 . — Pág. 94417–94428 . — ISSN 2046-2069 . -doi : 10.1039/ C6RA21293J .

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