Изображение от сканирующего туннельного микроскопа силикена на дибориде циркония. Элементарная ячейка решетки диборида циркония, отмечена зеленым ромбиком, а силикеновая гексагональная решетка синим цветом. (Источник: APS)
Силикен выскакивает из плоскости
Исследователи в Японии говорят, что они сделали 2D сотовые кристаллы кремния, которые напоминают углеродный материал графен. Это уже второй кандидат в материал, называемый «силикен» ("silicene"); первый был зарегистрирован в апреле независимой группой в Европе. Японское исследование предполагает, что можно относительно легко изменить структуру силикена изменением подложки, на которой он растет, и это позволит производить разнообразные версии силикена с различными полезными электронными свойствами. Однако не все ученые согласны с тем, что этот последний материал на самом деле силикен.
Графен представляет собой соты решетки углерода толщиной в один атом и с момента его открытия в 2004 году, выяснилось, что материал имеет множество интересных и потенциально полезных свойств. Будучи хорошим материалом для электронной промышленности, кремний находится непосредственно под углеродом в периодической таблице, а это предполагает, что если атомы кремния осаждается слоем на соответствующей поверхности, то они могут упорядочиваться в гексагональную решетку, и обладать свойствами, сходными с графеном.
Кремний на серебро
Впервые это было сделано группой исследователей из Италии, Германии и Франции, в которую входила Паола де-Падуя (Paola de Padova) из Consiglio Nazionale delle Ricerche-ISM в Риме. Паола и коллеги осаждали кремний на серебряный кристалл и получили пленку, обладающую структурными и электронными свойствами ожидаемого силикена.
Теперь исследователи в Японии во главе с Юкико Ямада-Такамура (Yukiko Yamada-Takamura) из института науки и технологии в Исикава, утверждают, что они создали модифицированную форму силикена на подложке из диборида циркония. Принципиальное отличие от предыдущей работы в том, что в то время как серебро имеет очень похожую постоянную решетки на ту, что ожидается у силикена, постоянная решетки диборида циркония совершенно иная. В результате, силикен, который вырос на серебре, плоский как графен и его атомная конфигурация имеет свойства очень похожие на свойства углеродного материала. Силикен на дибориде циркония, напротив, имеет искаженную структуру решетки.
Именно эта способность искажать силикеновую решетку и заинтересовала Ямада-Такамура и его коллег. Этим их силикен отличается от очень стабильной структуры графена. Стабильность графена ? это своеобразная проблема, потому что изменение структуры графена могло бы предоставить исследователям способ создания электронной запрещенной зоны в материале и позволило бы использовать графен в широком спектре электронных приложений.
Гибкая на атомном уровне
Исследователи описывают силикен как очень «гибкий» и говорят, что возможно манипулировать его структурой, чего практически нельзя сделать с графеном. «Вы можете свернуть лист графена, или что-то вроде этого», объясняет Ямада-Такамура, «но то, что мы подразумеваем под гибкостью, это ничто по сравнению с гибкостью силикена, у которого атомы могут перемещаться из плоскости». Это искривление плоскости приводит к очень разнообразным электронным свойствам и получением кремния на различных подложках, считают исследователи, можно будет производить целое семейство силикенов, с целым рядом различных электронных свойств.
Паола впечатлена этой последней работой, но с осторожностью называет новый материал силикеном. «Я думаю, что статья интересна тем, что есть, в принципе, свидетельство о выращивании силикена, например, на дибориде циркония, а не только на серебре». Однако она не одобряет заключение исследователей, что их материал представляет собой модифицированную форму силикена. У нее также есть сомнения относительно того, показывает ли работа, что свойства силикена могут быть изменены эпитаксиальным напряжением. Она предполагает, что вещество, производимое на поверхности диборида циркония может быть и вовсе не силикен. На что Ямада-Такамура в ответ замечает: «это зависит от того, как вы определяете силикен».