Siliceno

El siliceno es un alótropo bidimensional del silicio, similar al grafeno.

Historia

Aunque los teóricos han especulado[1][2][3] sobre la existencia y las posibles propiedades del siliceno, los investigadores observaron primero estructuras de silicio que sugerían al siliceno en 2010.[4][5][6][7] Usando el microscopio de efecto túnel, estudiaron el autoensamblaje molecular de las nanocintas de siliceno y las hojas de siliceno depositadas sobre un cristal de plata con resolución atómica. Las imágenes revelaron hexágonos en una estructura de panal similar a la del grafeno.

Los cálculos con la Teoría del funcional de la densidad (DFT) mostraron que los átomos de silicio tienden a formar tales estructuras de panal en la plata, y a adoptar una ligera curvatura que la hace más apropiada para una configuración tipo grafeno.

En adición a su potencial compatibilidad con las técnicas existentes de semiconductores, el siliceno tiene la ventaja de que sus bordes no exhiben reactividad al oxígeno.[8]

Estructura de un típico grupo de siliceno mostrando ondas alrededor de la superficie.

Recientes cálculos DFT han revelado que los grupos (clústers) de siliceno son excelentes materiales para aplicaciones FET. Curiosamente, el siliceno en 2D no es realmente plano y parecen haber distorsiones como arrugas tipo silla distortions en los anillos. Esto lleva a tener ondas ordenadas en su superficie. La hidrogenación de silicenos a silicanos es bastante exotérmica. Esto ha llevado a la predicción de que el proceso de conversión del siliceno al silicane (siliceno hidrogenado) puede ser un eventual candidato para el almacenamiento de hidrógeno. A diferencia del grafito, el cual consiste de varias capas de grafeno débilmente unidas mediante fuerzas de dispersión, el acople entre capas en los silicenos es muy fuerte.[9]

La primera revisión sobre el siliceno ha aparecido.[10]

Estructura Química

Presenta una estructura sólida de panel de abeja y cuya disposición de los átomos en el espacio llega a brindar mayor actividad química, exponiendo una conductividad térmica entre 9.4 W/mk a 300K en su monocapa, a su vez presenta una hibridación sp2, con sus átomos enlazados mediante enlaces covalentes.[11]

De hecho, por su estructura bidimensional, mediante la teoría del funcional de la densidad revela tres configuraciones;

  • Red plana [11]
  • Red no plana con bajo grado de deformación, muy estable, presentando un arrugamiento con tres átomos del hexágono en un plano superior y tres en el plano inferior, muestra cambio en las bandas de valencias que corresponde a los electrones S, PX, PY, debido a la unión entre los átomos.[12][11]
  • Red no plana con alto grado de deformación, no es estable ( =0), por lo tanto presenta una brecha de energía de 0eV, sin cambios importantes en la banda de valencia que corresponde a los electrones Pz.[12][11]

Progreso reciente

Se reportó que el siliceno crecía en la superficie de Ag(111).[6] Recientemente cuatro grupos han reportado de manera independiente fases ordenadas sobre la misma superficie.[13][14][15][16]

Sin embargo, el silíceno no se puede sintetizar en estado libre, existe si se lo prepara sobre un soporte metálico o semiconductor, como lo presenta los científicos de la Universidad de Marcella por medio de técnicas de deposición de vapor, produciendo láminas de silíceno y nanocintas en superficies de Ag (111) y Ag (110).[17][18]

En esta perspectiva, el silíceno ofrece novedosas ventajas al mundo de la informática, a pesar de que no surge de manera natural sino que, hay que fabricarlo artificialmente en un laboratorio.[19] De tal manera, su utilización permite dispositivos nanos electrónicos, más flexibles, resistentes y económicos, siendo uno de los candidatos para la alta eficiencia de los materiales termoeléctricos.[20]

Actualmente, se utiliza en la creación de chips, exhibiendo mayor velocidad, con grandes capacidades y tamaño disminuido.[20]

También se ha reportado que el siliceno crece sobre un sustrato de ZrB2.[21][22]

Otras referencias: [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30]

Véase también

Referencias
  1. Kyozaburo Takeda and Kenji Shiraishi (1994). «Theoretical possibility of stage corrugation in Si and Ge analogs of graphite». Physical Review B 50 (20): 14916. doi:10.1103/PhysRevB.50.14916.
  2. G. G. Guzman-Verri and L. C. Lew Yan Voon (2007). «Electronic structure of silicon-based nanostructures». Physical Review B 76 (7): 075131. doi:10.1103/PhysRevB.76.075131.
  3. Cahangirov, Topsakal, Akturk, Sahin and Ciraci (2009). «Two- and One-Dimensional Honeycomb Structures of Silicon and Germanium». Physical Review Letters 102 (23): 236804. Bibcode:2009PhRvL.102w6804C. doi:10.1103/PhysRevLett.102.236804.
  4. B. Aufray, A. Kara, S. Vizzini, H. Oughaddou, C. Léandri, B. Ealet and G. Le Lay (2010). «Graphene-like silicon nanoribbons on Ag(110): A possible formation of silicene». Applied Physics Letters 96: 183102.
  5. Research highlight (2010). «Silicene: Flatter silicon». Nature Nanotechnology 5: 384. doi:10.1038/nnano.2010.124.
  6. B. Lalmi, H. Oughaddou, H. Enriquez, A. Kara, S. Vizzini, B. Ealet and B. Aufray (2010). «Epitaxial growth of a silicene sheet». Applied Physics Letters 97: 223109.
  7. Garcia, J. C.; de Lima, D. B.; Assali, L. V. C.; Justo, J. F. (2011). «Group IV Graphene- and Graphane-Like Nanosheets». J. Phys. Chem. C 115: 13242-13246. doi:10.1021/jp203657w.
  8. P. De Padova, C. Léandri, S. Vizzini, C. Quaresima, P. Perfetti, B. Olivieri, H. Oughaddou, B. Aufray and G. Le Lay (2008). «Burning Match Oxidation Process of Silicon Nanowires Screened at the Atomic Scale». NanoLetters 8: 2299.
  9. Deepthi Jose, Ayan Datta (2011). «Structures and Electronic Properties of Silicene clusters: A promising material for FET and hydrogen storage». Phys. Chem. Chem. Phys. 13: 7304.
  10. Abdelkader Kara, Hanna Enriquez, Ari P Seitsonen, LC Lew Yan Voon, Sébastien Vizzini, Bernard Aufray, Hamid Oughaddou (2012). «A review on silicene - New candidate for electronics». Surf. Sci. Rep. 67: 1. doi:10.1016/j.surfrep.2011.10.001.
  11. Ureña Callay, Gabriela Belen (2018). «Estudio de Nano Cintas de Siliceno Dopadas con Hidrogeno para Determinar las Respuestas Ópticas y Plasmonicas en la Frecuencia de Terahertz A Uvvis». Escuela Superior Politécnica de Chimborazo. Consultado el 18 de octubre de 2022.
  12. Transversalidad cientifica y tecnologica. Academia Tamaulipeca de investigacion cientifica y tecnologica A.C. 2020. Consultado el 18 de octubre de 2022.
  13. Chun-Liang Lin, Ryuichi Arafune, Kazuaki Kawahara, Noriyuki Tsukahara, Emi Minamitani, Yousoo Kim, Noriaki Takagi and Maki Kawai (2012). «"Structure of silicene grown on Ag(111)"». Appl. Phys. Expr.: 045802.
  14. Patrick Vogt, Paola De Padova, Claudio Quaresima, Jose Avila, Emmanouil Frantzeskakis, Maria Carmen Asensio, Andrea Resta, Benedicte Ealet and Guy Le Lay (2012). «"Silicene: Compelling experimental evidence for graphenelike two-dimensional silicon"». Phys. Rev. Lett.: 155501. doi:10.1103/PhysRevLett.108.155501.
  15. H Jamgoitcha, Y Colignon, N Hamzaoui, B Ealet, J Y Hoarau, B Aufray and J P Biberian (2012). «Growth of silicene layers on Ag(111): unexpected effect of the substrate temperature». arXiv: 1203.3968.
  16. Baojie Feng, Zijing Ding, Sheng Meng, Yugui Yao, Xiaoyue He, Peng Cheng, Lan Chen and Kehui Wu. arXiv: 1203.2745.
  17. Hoffmann, Roald (2013). «Pequeñas pero potentes lecciones de Química a la Nanociencia (Parte I)». Boletín de la Sociedad Química de México. Consultado el 18 de octubre de 2022.
  18. Huamaní Correa, Jorge Luis (2014). «Estrutura Eletrônica e Propriedades de Transporte Quântico em Nanoestruturas de Grafeno e Siliceno». Universidade de Brasilia – UnB Instituto de Física. Consultado el 18 de octubre de 2022.
  19. «El siliceno podría ser el secreto de procesadores aún más potentes».
  20. Ureña Callay, Gabriela Belen (2018). «Estudio de Nano cintas de Siliceno dopadas con Hidrogeno para determinar las respuestas opticas y plasmonicas en la frecuencia de Terahertz Uvvis». Escuela superior politecnica de Chimboro. Consultado el 18 de octubre de 2022.
  21. A. Fleurence, R. Friedlein, Y. Wang and Y. Yamada-Takamura. «Experimental evidence for silicene on ZrB2(0001)». Symposium on Surface and Nano Science 2011 (SSNS'11)，Shizukuishi, Japan，2011.01.21.
  22. Antoine Fleurence, Rainer Friedlein, Taisuke Ozaki, Hiroyuki Kawai, Ying Wang and Yukiko Yamada-Takamura (2012). «Experimental evidence for epitaxial silicene on diboride thin films». Physical Review Letters: accepted for publication.
  23. S. Lebegue et al (2009). «Electronic structures of two-dimensional crystals from ab initio theory». Physical Review B 79: 115409. Bibcode:2009PhRvB..79k5409L. doi:10.1103/PhysRevB.79.115409.
  24. M. De Crescenzi et al. (2005). «Experimental imaging of silicon nanotubes». Applied Physics Letters 86: 231901.
  25. A. Kara, C. Léandri, M. E. Dávila, P. De Padova, B. Ealet, H. Oughaddou, B. Aufray and G. Le Lay (2009). «Physics of Silicene Stripes». J. Supercond. Novel Magn. 22: 259.
  26. A. Kara, S. Vizzini, C. Leandri, B. Ealet, H. Oughaddou , B. Aufray and G. LeLay (2010). «Silicon nano-ribbons on Ag(110): a computational investigation». Journal of Physics: Condensed Matter 22: 045004.
  27. 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 (2010). «Evidence of graphene-like electronic signature in silicene nanoribbons». Applied Physics Letters 96 (26): 261905. doi:10.1063/1.3459143.
  28. Houssa, M.; Pourtois, G.; Afanas’Ev, V. V.; Stesmans, A. (2010). «Can silicon behave like graphene? A first-principles study». Applied Physics Letters 97 (11): 112106. doi:10.1063/1.3489937.
  29. De Padova, Paola; Quaresima, Claudio; Olivieri, Bruno; Perfetti, Paolo; Le Lay, Guy (2011). «Strong resistance of silicene nanoribbons towards oxidation». Journal of Physics D - Applied Physics 44 (31): 312001. doi:10.1088/0022-3727/44/31/312001.
  30. De Padova, Paola; Quaresima, Claudio; Olivieri, Bruno; Perfetti, Paolo; Le Lay, Guy (2011). «sp2-like hybridisation of silicon valence orbitals in silicene nanoribbons». Applied Physics Letters 98 (8): 081909. doi:10.1063/1.3557073.

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