Силицен

Хотя теоретики рассуждали^[3][4][5] о существовании и возможных свойствах силицена с середины 1990-х годов, он не был обнаружен до 2010 года, когда исследователи в первый раз наблюдали структуры кремния, похожие на силицен^[6][7][8]. Используя сканирующий туннельный микроскоп, они изучили с атомарным разрешением самособранные силиценовые наноленты и силиценовые листы, выращенные на кристалле серебра.

Вычисления согласно теории функционала плотности показали, что атомы кремния образуют сотовые конструкции на серебре с небольшими искривлениями, которые делают графеноподобные конфигурации более вероятными.

В 2012 году силицен был выращен на подложке из диборида циркония ZrB₂^[9].

Структура силицена является метастабильной^[10], в отличие от графена он легко взаимодействует с окружающей средой: окисляется на воздухе и связывается с другими материалами^[11]. Силицен проявляет сильную склонность к образованию неровностей и гребней на его поверхности, что может являться следствием характера взаимодействия соседних атомов кремния, которые не склонны к образованию sp²-связей^[12]: разные расчёты говорят о том, что высота неровностей составляет 0.44 — 0.53 Å. Носители заряда в силицене описываются уравнением Дирака для безмассовых частиц^[10], как и в графене, приводящей к линейному закону дисперсии, но существенным преимуществом силицена является возможность управления шириной запрещённой зоны, что важно для практического применения материала^[10][13]. Предполагается, что по своим свойствам силицен может быть близок к топологическим изоляторам^[11]. При помощи квантовомеханических расчётов было получено, что модуль Юнга в силицене составляет 178 ГПа и была показана возможность управлять электропроводностью силицена путём его механического растяжения, переводя его из состояния полуметалла в металл^[14]. Моделирование методом молекулярной динамики даёт меньшее значение для модуля Юнга: около 82 ГПа^[15]. При помощи теории функционала плотности показано, что подвижность носителей заряда в силицене составляет 2.57·10⁵ м²/(В·с) при комнатной температуре^[16].

Силицен совместим с кремниевой электроникой, поскольку сам состоит из кремния^[17], поэтому предполагается, что он найдёт широкое применение, например, в производстве транзисторов^[18]. В дополнение к его потенциальной совместимости с существующей полупроводниковой техникой, силицен имеет преимущество малой окисляемости кислородом вблизи границы с оксидом кремния^[19]. Расчёты по теории функционала плотности показали, что силиценовые плёнки являются отличными материалами для изготовления полевых транзисторов. Поскольку плоская структура для силицена энергетически невыгодна, он характеризуется упорядоченными искажениями на поверхности и повышенной гибкостью по сравнению с графеном, что также увеличивает спектр его применения в электронике^[20]. В 2015 году впервые продемонстрирована технология создания транзистора на основе силицена^[21][22]. Существуют исследования, свидетельствующие в пользу возможности применения силицена для создания анода в натрий-ионных аккумуляторах^[23]. Вследствие особенностей адсорбции газов на своей поверхности силицен может найти применение в области высокочувствительных молекулярных сенсоров^[24].