Eksistensen af ​​todimensionelt nanomateriale silicen stilles spørgsmålstegn ved

Sommetider, videnskabelige resultater kan ryste grundlaget for, hvad der engang blev anset for at være sandt, får os til at træde tilbage og revurdere vores grundlæggende antagelser.

En nylig undersøgelse ved det amerikanske energiministeriums Argonne National Laboratory har sat spørgsmålstegn ved eksistensen af ​​silicen, menes at være et af verdens nyeste og hotteste todimensionale nanomaterialer. Undersøgelsen kan have store implikationer for en elektronikindustri på flere milliarder dollar, der søger at revolutionere teknologi på 80 skalaer, 000 gange mindre end menneskehåret.

Silicen blev foreslået som et todimensionelt ark af siliciumatomer, der kan skabes eksperimentelt ved at overopvarme silicium og fordampe atomer på en sølvplatform. Sølv er den foretrukne platform, fordi det ikke påvirker silicium via kemisk binding, og legering bør heller ikke forekomme på grund af dets lave opløselighed. Under opvarmningsprocessen, når silicium atomerne falder ned på platformen, forskere troede, at de indrettede sig på bestemte måder for at skabe et enkelt ark af sammenlåste atomer.

Silicium, på den anden side, eksisterer i tre dimensioner og er et af de mest almindelige grundstoffer på Jorden. Et metal, halvleder og isolator, renset silicium er ekstremt stabilt og er blevet afgørende for de integrerede kredsløb og transistorer, der kører de fleste af vores computere.

Både silicene og silicium bør reagere med det samme med ilt, men de reagerer lidt forskelligt. I tilfælde af silicium, oxygen bryder nogle af siliciumbindingerne i det første eller to atomlag og danner et lag af silicium-ilt. Det her, overraskende, virker en kemisk barriere for at forhindre henfald af de nederste lag.

Fordi det kun består af et lag siliciumatomer, silicen skal håndteres i et vakuum. Udsættelse for enhver mængde ilt ville fuldstændig ødelægge prøven.

Denne forskel er en af ​​nøglerne til forskernes opdagelse. Efter at have afsat atomerne på sølvplatformen, indledende test viste, at legeringslignende overfladefaser ville dannes, indtil bulk siliciumlag, eller "blodplader" ville fælde ud, der er blevet forvekslet som todimensionel silicen.

"Nogle af bulk siliciumplader var mere end et lag tykke, " sagde Argonne-forsker Nathan Guisinger fra Argonne's Center for Nanoscale Materials. "Vi fandt ud af, at hvis vi havde at gøre med flere lag siliciumatomer, vi kunne bringe det ud af vores ultrahøje vakuumkammer og bringe det i luften og lave nogle andre tests. "

"Alle antog, at prøven straks ville forfalde, så snart de trak den ud af kammeret, " tilføjede Northwestern University kandidatstuderende Brian Kiraly, en af ​​undersøgelsens hovedforfattere. "Vi var de første, der rent faktisk bragte det frem og udførte større eksperimenter uden for vakuumet."

Hver ny serie af eksperimenter præsenterede et nyt sæt spor om, at dette var, faktisk, ikke silicen.

Ved at undersøge og kategorisere de øverste lag af materialet, forskerne opdagede siliciumoxid, et tegn på oxidation i de øverste lag. De var også overraskede over at opdage, at partikler fra sølvplatformen legerede sig med silicium på betydelige dybder.

"Vi fandt ud af, at det, som tidligere forskere identificerede som silicen, egentlig bare er en kombination af silicium og sølv, "sagde den nordvestlige kandidatstuderende Andrew Mannix.

Til deres sidste prøve, forskerne besluttede at undersøge materialets atomare signatur.

Materialer er opbygget af systemer af atomer, der binder og vibrerer på unikke måder. Raman -spektroskopi gør det muligt for forskere at måle disse bindinger og vibrationer. Huset i Center for Nanoscale Materials, en DOE Office of Science brugerfacilitet, spektroskopet tillader forskere at bruge lys til at "forskyde" placeringen af ​​et atom i et krystalgitter, hvilket igen forårsager et skift i naboernes position. Forskere definerer et materiale ved at måle, hvor stærke eller svage disse bindinger er i forhold til den frekvens, hvormed atomerne vibrerer.

Forskerne bemærkede noget mærkeligt velkendt, når de så på vibrationssignaturerne og frekvenserne af deres prøve. Deres prøve udviste ikke karakteristiske vibrationer af silicen, men det matchede dem af silicium.

"At have så mange forskningsgrupper og papirer, der potentielt er forkerte, sker ikke ofte, " siger Guisinger. "Jeg håber, at vores forskning hjælper med at vejlede fremtidige undersøgelser og på overbevisende vis viser, at sølv ikke er en god platform, hvis du forsøger at dyrke silicen."