Впервые (возможно впервые) исследователи получили одноатомный слой кремния – материал, получивший по аналогии с графеном название «силицен» – (silicone).

Предполагается, что свойства нового материала должны во многом быть похожи на электронные свойства графена.

Более того, силицен должен гораздо проще интегрироваться с обычными электронными устройствами на основе кремниевых микросхем, что, в свою очередь, означает, потенциальные возможности для ускорения разработки сверхминиатюрных электронных систем.

Рис. 1. Силицен может быть проще
интегрирован в электронные схемы
на основе кремния. (Рисунок из Phys.
Rev. Lett., 2012, DOI: 10.1103/PhysRevLett.
108.155501).

За последнее десятилетие уже несколько исследовательских групп по всему миру опубликовали работы, в которых они претендовали на первенство в экспериментальном получении силицена. Однако, по словам Патрика Фогта (Patrick Vogt) из Технического Университета Берлина и Паола Де Падова (Paola De Padova) из Института Структуры Материалов (Италия), возглавлявших одну из групп, пытавшихся получить силицен, в уже опубликованных сообщениях приводятся весьма неубедительные свидетельства в пользу получения нового материала.

Фогт заявляет, что проблемой ранее опубликованных сообщений являлось то обстоятельство, что единственным аргументом в пользу существования и /или синтеза силицена приводились лишь результаты сканирующей туннельной микроскопии полученных образцов. Фогт заявляет, что достаточно сложно делать вывод об успехе или неуспехе получения моноатомного кремниевого слоя только на основе информации, полученной с помощью сканирующего просвечивающего микроскопа. Фогт и Де Падова пытались воспроизвести результаты, описанные в статье [1], в которой, по словам Фогта, к тому же сообщалось о «невероятно малых» межатомных расстояниях между атомами кремния.

В новой работе исследователи попытались получить силицен с помощью простого осаждения кремния из паровой фазы на поверхность кристалла серебра [2]. Фогт отмечает, что комбинация информации о строении материала, межатомных расстояний и электронных свойств полученного в результате эксперимента образца позволяет с уверенностью говорить о получении силицена. Межатомные расстояния и валентные углы, определенные экспериментально, отлично согласуются с теоретическими предсказаниями, полученными с помощью метода функционала плотности.

Фогт отмечает, что на настоящий момент сложно предсказать, насколько хорошим материалом для электроники (по сравнению с графеном) будет силицен – исследователи находятся только в начале долгого пути по изучению этого материала, но уже задумываются о синтезе и изучении аналогичного материала на основе германия – германицена (germanicene).

Андрей Хлобыстов (Andrei Khlobystov), специалист по неорганической химии из Университета Ноттингема, заявляет, что в настоящее время исследователи и инженеры действительно испытывают определенные трудности в интегрировании графена с электронными системами, соглашаясь, что кремниевый аналог графена – силицен – мог бы решить эти проблемы.

Однако, по его же словам, если внимательно проанализировать результаты эксперимента, как и результаты расчетов, можно увидеть, что в отличие от графена силицен не плоский, а гофрированный, что позволяло бы ожидать проявления силиценом иных электронных и структурных свойств. Тем не менее, как не удивительно, в статье Фогта и Де Падова описаны свойства, очень близкие свойствам графена – электропроводность, ширина запрещенной энергетической зоны, а также подвижность переносчиков заряда.

Хлобыстов полагает, что следующим этапом в исследовании силицена должно быть измерение его свойств без металлической подложки.

Источники:

[1] App. Phys. Lett., 2010, 97, 223109 (DOI: 10.1063/1.3524215);

[2] Phys. Rev. Lett., 2012, DOI: 10.1103/PhysRevLett.108.155501.