Пента-силицен

СТМ-изображение (слева) и структурная модель (справа) однонитевых нанолент с пентасилиценовой структурой. 2,5х2,1нм2.

Рис. 2: Увеличение пятиугольных колец, включая расстояния между связями Si-Si (в Å) и валентные углы (красным), а также перспективные виды одномерных пятиугольных структур.

Рис. 3: Верхняя часть экспериментальных двухцепочечных NR СТМ размером 3,8x1,8 нм2 и нижняя часть смоделированной структурной модели для решетки 5x2 из двухцепочечных пентасилиценовых NR.

Пента-силицен или пентасилицен обозначает кремния двумерную (2D) структуру на основе , двоюродную сестру силицена , полностью состоящую из пятиугольников Si, по аналогии с пента-графеном , гипотетическим вариантом графена . По состоянию на 2017 год такая структура была получена только синтетически в виде одномерных нанолент (1D-NR), выращенных на подложке из серебра (110). Эти наноленты имеют высокоупорядоченную хиральную структуру в виде одно- и/или двухцепочечных (SNR и DNR соответственно). Они были обнаружены в 2005 году при нанесении Si на поверхность Ag(110) при комнатной температуре или около 200 °C и наблюдались с помощью сканирующей туннельной микроскопии. Однако их уникальная атомная структура была раскрыта только в 2016 году благодаря тщательным расчетам теории функционала плотности и моделированию изображений СТМ. Он состоит из чередующихся пятиугольников Si, расположенных вдоль недостающего ряда, образовавшегося на поверхности серебра в процессе роста. (см. рис. 1). В пентасилиценовых NR каждый пентагональный фрагмент Si имеет конформацию конверта, при которой четыре атома находятся в одной плоскости, а пятый атом выступает из поверхности. Пятиугольники, тем не менее, мало чем отличаются от правильных (см. рис. 2). ДНР состоят из двух ОСН одинаковой направленности, идущих параллельно по двум недостающим рядам, разделенным двумя постоянными решетки Ag (aAg = 4,1 Å) (см. рис. 3).

Эти теоретические результаты были дополнительно подтверждены позже в подробном исследовании поверхностной рентгеновской дифракции.

Уникальность пентасилиценовых NR заключается в том, что пентагональные мотивы Si практически не встречаются в природе. Несмотря на большие усилия, направленные на создание структур на основе Si, аналогичных структурам углерода, о существовании пентагональных колец Si сообщалось только в объемных клатратных фазах. или в реконструкциях поверхности Si, как, обычно, для скола поверхности Si(111)2x1

Открытие 1D-пентасилиценовых нанолент увеличивает шансы на будущую изоляцию этого нового низкоразмерного аллотропа кремния при условии, что эти эпитаксиальные наноленты можно будет отсоединить от поверхности серебра.

Возможности, предлагаемые этой одномерной пятиугольной структурой, включают увеличенные спин-орбитальные эффекты и нанопроволоки на основе кремния.