Vidundermateriale silicen har selvmordstendenser

Fremtidens halvlederindustri havde store forventninger til det nye materiale silicen, som deler mange ligheder med grafmaterialet 'vidundermateriale'. Imidlertid, forskere ved MESA+ Research Institute ved University of Twente - der for nylig formåede direkte og i realtid at filme dannelsen af ​​silicien - sprænger boblen hårdt:deres forskning viser, at silicene har selvmordstendenser. Forskningen er udgivet af det anerkendte akademiske tidsskrift Anvendt fysik bogstaver .

Materialet silicen blev først skabt i 2010. Ligesom grafen, den består af et enkelt lag atomer arrangeret i et bikagemønster. Grafen består af kulstofatomer, silicium af siliciumatomer.

På grund af deres specielle egenskaber - begge materialer er meget stærke, tynd og fleksibel og har god elektrisk ledningsevne - grafen og silicen virker særdeles velegnet til fremtidens halvlederindustri. Trods alt, delene på computerchips skal blive mindre og mindre, og grænserne for miniaturisering af dele lavet af silicium rykker tættere og tættere på. Materialet silicen ser ud til at være flere skridt foran grafen, fordi halvlederindustrien har brugt silicium (som, som silicen, består af siliciumatomer) i mange år nu. Ud over, det er lettere at realisere et såkaldt bandgap i silicen, hvilket er en forudsætning for en transistor.

Selvmord

Forskere fra MESA+ Research Institute ved University of Twente har, for første gang, formået direkte og i realtid at fange dannelsen af ​​silicen på film. De lod fordampede siliciumatomer udfælde på en overflade af sølv, så en dejlig, næsten lukket, enkelt lag af silicen blev dannet.

Så langt så godt, men i det øjeblik, hvor en vis mængde siliciumatomer falder oven på det dannede silicylag, der dannes en siliciumkrystal (silicium i en diamantkrystalstruktur i stedet for i en honeycomb-struktur), som udløser den yderligere krystallisation af materialet; en irreversibel proces. Fra det øjeblik, det nydannede silicium æder silicenen, så at sige.

Video ovenfor:Dannelse af silicene på en sølvoverflade (grå, starten af ​​filmen). På toppen af ​​sølvet, silicenøer begynder gradvist at dannes (sort, halvvejs i filmen). Når overfladen er næsten helt dækket, disse kollapser til siliciumkrystaller igen (sorte prikker i grå områder, slutningen af ​​filmen).

Årsagen til dette er, at den regulære krystalstruktur (diamant) af silicium er energimæssigt mere gunstig end bikubestrukturen af ​​silicen og derfor mere stabil. På grund af denne ejendom, det lykkedes ikke forskerne at dække mere end 97 procent af sølvoverfladen med silicen, de var heller ikke i stand til at skabe flerlags silicen. Med andre ord:i det øjeblik en overflade er næsten fuldstændig dækket med silicen, materialet begår selvmord, og der dannes simpelt silicium. Forskerne forventer ikke, at det vil være muligt at lave flerlags silicen på en anden type overflade, fordi overfladens indflydelse på dannelsen af ​​det andet lag af silicene er ubetydelig.