Силицен

Силице́н (англ. silicene) — двумерное аллотропное соединение кремния, подобное графену, в котором по крайней мере часть атомов находится в sp²-гибридизации^[2].

Хотя теоретики рассуждали^[3][4][5] о существовании и возможных свойствах силицена с середины 1990-х годов, он не был обнаружен до 2010 года, когда исследователи в первый раз наблюдали структуры кремния, похожие на силицен^[6][7][8]. Используя сканирующий туннельный микроскоп, они изучили с атомарным разрешением самособранные силиценовые наноленты и силиценовые листы, выращенные на кристалле серебра.

Вычисления согласно теории функционала плотности показали, что атомы кремния образуют сотовые конструкции на серебре с небольшими искривлениями, которые делают графеноподобные конфигурации более вероятными.

В 2012 году силицен был выращен на подложке из диборида циркония ZrB₂^[9].

Структура силицена является метастабильной^[10], в отличие от графена он легко взаимодействует с окружающей средой: окисляется на воздухе и связывается с другими материалами^[11]. Силицен проявляет сильную склонность к образованию неровностей и гребней на его поверхности, что может являться следствием характера взаимодействия соседних атомов кремния, которые не склонны к образованию sp²-связей^[12]: разные расчёты говорят о том, что высота неровностей составляет 0.44 — 0.53 Å. Носители заряда в силицене описываются уравнением Дирака для безмассовых частиц^[10], как и в графене, приводящей к линейному закону дисперсии, но существенным преимуществом силицена является возможность управления шириной запрещённой зоны, что важно для практического применения материала^[10][13]. Предполагается, что по своим свойствам силицен может быть близок к топологическим изоляторам^[11]. При помощи квантовомеханических расчётов было получено, что модуль Юнга в силицене составляет 178 ГПа и была показана возможность управлять электропроводностью силицена путём его механического растяжения, переводя его из состояния полуметалла в металл^[14]. Моделирование методом молекулярной динамики даёт меньшее значение для модуля Юнга: около 82 ГПа^[15]. При помощи теории функционала плотности показано, что подвижность носителей заряда в силицене составляет 2.57·10⁵ м²/(В·с) при комнатной температуре^[16].

Силицен совместим с кремниевой электроникой, поскольку сам состоит из кремния^[17], поэтому предполагается, что он найдёт широкое применение, например, в производстве транзисторов^[18]. В дополнение к его потенциальной совместимости с существующей полупроводниковой техникой, силицен имеет преимущество малой окисляемости кислородом вблизи границы с оксидом кремния^[19]. Расчёты по теории функционала плотности показали, что силиценовые плёнки являются отличными материалами для изготовления полевых транзисторов. Поскольку плоская структура для силицена энергетически невыгодна, он характеризуется упорядоченными искажениями на поверхности и повышенной гибкостью по сравнению с графеном, что также увеличивает спектр его применения в электронике^[20]. В 2015 году впервые продемонстрирована технология создания транзистора на основе силицена^[21][22]. Существуют исследования, свидетельствующие в пользу возможности применения силицена для создания анода в натрий-ионных аккумуляторах^[23]. Вследствие особенностей адсорбции газов на своей поверхности силицен может найти применение в области высокочувствительных молекулярных сенсоров^[24].

Spencer M. J. S., 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.

• S. Lebegue et al. Electronic structures of two-dimensional crystals from ab initio theory (англ.) // Physical Review B : journal. — 2009. — Vol. 79. — P. 115409.
• M. De Crescenzi et al. Experimental imaging of silicon nanotubes (англ.) // Applied Physics Letters : journal. — 2005. — Vol. 86. — P. 231901.
• A. Kara, C. Léandri, M. E. Dávila, P. De Padova, B. Ealet, H. Oughaddou, B. Aufray and G. Le Lay. Physics of Silicene Stripes (неопр.) // J. Supercond. Novel Magn.. — 2009. — Т. 22. — С. 259.
• A. Kara, S. Vizzini, C. Leandri, B. Ealet, H. Oughaddou , B. Aufray and G. LeLay. Silicon nano-ribbons on Ag(110): a computational investigation (англ.) // Journal of Physics: Condensed Matter^[англ.] : journal. — 2010. — Vol. 22. — P. 045004.
• P. De Padova, C. Quaresima, C. Ottaviani, P. M. Sheverdyaeva, P. Moras, C. Carbone, D. Topwal, B. Olivieri, A. Kara, H. Oughaddou, B. Aufray and G. Le Lay. Evidence of graphene-like electronic signature in silicene nanoribbons (англ.) //
  doi:10.1063/1.3459143
  .
• Y.L. Song, Y. Zhang, J.M. Zhang, D.B. Lu and K.W. Xu. Can silicon behave like graphene? A first-principles study (англ.) //
  doi:10.1038/4591037e
  .
• Geoff Brumfiel (2013-03-12). "Sticky problem snares wonder material". Nature News. Дата обращения: 13 марта 2013.