Odkrit silicijev analog grafena - silicen

Najbolj slaven material zadnjih let je grafen, za odkritje katerega je bila predlani podeljena celo Nobelova nagrada za fiziko. Grafen je material z najvišjo znano električno prevodnostjo, ki ima še cel kup drugih koristnih lastnosti (Kondov efekt, samohlajenje ...), zaradi česar pričakujemo njegovo uporabo kot nadomestek silicija v izdelavi grafenskih tranzistorjev, čipov in vezij ter procesorjev. Grafen sicer ima nekaj pomanjkljivosti; predvsem da ni klasičen polprevodnik. Grafen namreč nima vrzeli (prepovedanega pasu) med valenčnim in prevodnim energijskim pasom, zato je bilo nekoliko teže izdelati tranzistor iz njega, ne pa nemogoče.

Sedaj pa so znanstveniki odkrili, da je mogoče izdelati tudi silicijev analog grafena. V silicenu so kakor v grafenu atomi (to pot seveda silicija) razporejeni v dvodimenzionalni rešetki, v kateri vsak atomi tvori povezavo s tremi sosedi. Ker silicij ne tvori grafitne strukture (ki je tridimenzionalna izvedba grafena), je bil obstoj silicena manj verjeten. Kljub temu so prvikrat teoretično o silicenu razpravljali že leta 1994, potem pa so leta 2007 natančno izračunali, da bi silicen moral biti stabilen. Žal ga nihče ni znal pripraviti, ker grafen pripravljamo iz grafita, silicij pa podobne strukture ne tvori.

Raziskovalci iz Francije in Nemčije sedaj poročajo, da so uspeli sintetizirati silicen. Zato so uporabili preizkušeno metodo nanosa (kondenzacije) silicijevih par na srebrovo površino, saj srebrovi atomi samo zelo šibko reagirajo s silicijem. S to metodo so doslej pripravljali silicijeve nanocevke, za katere so kvantnokemijski izračuni kazali, da sestojijo iz heksagonalne grafenu podobne strukture satja (honeycomb).

Sedaj so na poseben način na srebrovo plast nanesli tanko plast silicija, ki je zavzel strukturo silicena. To so dokazal z elektronsko mikroskopijo, fotoemisijsko spektroskopijo in kvantimi izračuni. Vsi kažejo, da je silicen mogoče pripraviti in da je dejansko nastal. Znanstveniki pričakujejo, da bo silicen še bolj uporaben za izgradnjo tranzistorjev nove generacije, saj je bolj podoben siliciju kot grafen. Poleg tega ima bistveno večjo spinsko-orbitalno sklopitev kot v grafenu, zato bi lahko izkazoval kvantni Hallov efekt pri nižjih temperaturah. Članek je objavljen v Physical Review Letters.