Новости химической науки > Предсказано существование двумерной формы оксида кремния

Химики-теоретики из Турции предсказали существование графеноподобной модификации оксида кремния с необычными физическими и химическими свойствами.

Как заявляют разработчики, новая форма может становиться толще при растяжении, а ширина запрещенной зоны этой модификации должна изменяться в зависимости от приложенного механического напряжения. Тем не менее, другие в области физики и химии предостерегают, что синтез этого материала вряд ли возможен.

Исключительные механические и электронные свойства графена мотивировали исследователей во всем мире к поиску других двумерных материалов. Таким перспективным материалом может являться, например, силицен, графенообразные двумерные «соты», в которых атомы углерода замещены на атомы кремния. В отличие от графита макро-форма кремния не состоит из двумерных слоев, поэтому пока никому не удалось получить монослои силицена.

Тем не менее, Салим Кирачи (Salim Ciraci) с коллегами из Университета Билкента (Турция) на основании результатов расчетов предполагают, что введение кислорода в кристаллическую решетку силицена позволит получить устойчивый отдельный монослой оксида кремния (SiO₂).

Результаты расчета позволяют говорить о том, что атомы кислорода могут связываться с атомами кремния, подходя как сверху, так и снизу от условной плоскости атомов кремния, а небольшая энергия активация должна способствовать легкому вхождению атомов кислорода в плоскость с образованием элементарной ячейки Si₂O₃, в которой атом кислорода располагается между двумя атомами кремния. Предложено две структуры – в первой, обозначенной, как hβ-оксид кремния, атомы располагаются в вершинах практически правильного шестиугольника. Однако, небольшое воздействие приводит к образованию более плотной и устойчивой структуры – hα-оксида кремния, шестиугольники в котором уже не такие правильные. Расчеты методом молекулярной динамики показывают, что эта структура может оставаться устойчивой до 1000K (727°C).

Рисунок из Phys. Rev. Lett., 2014, DOI: 10.1103/PhysRevLett.112.246803

Дальнейшие расчеты показали, что hα-оксид кремния должен обладать некоторыми интересными физическими и электронными свойствами. Так, растяжение материала должно приводить к искажению связей и расширению материала в направлении, перпендикулярном приложенным силам растяжения. Материалы, обладающие такими свойствами, носят название ауксетики (auxetics) – они применяются при изготовлении взрывозащитных фартуков, имплантантов, и обычно изготавливаются из особых полимеров или вспененных материалов.

Кирачи уверен, что это первый материал, строение которого обеспечивает его ауксетические свойства на атомно-молекулярном уровне. Более того, для hα-оксида кремния может оказаться характерной относительно большая величина зоны запрещенного перехода (3 эВ), при этом растяжение hα-оксида кремния вдоль одной кристаллической оси должно повышать значение зоны запрещенного перехода, а растяжение в перпендикулярном направлении – понижать ее.

Химик-экспериментатор Ганс-Иоахим Фройнд (Hans-Joachim Freund) соглашается с тем, что рассчитанные свойства hα-оксида кремния кажутся интересными, однако уверен в том, что синтез такого материала будет сопряжен с большими трудностями – он не уверен, что для синтеза такой формы оксида кремния можно будет использовать стандартные экспериментальные техники выращивания двумерных материалов на поверхности металла – благодаря большому сродству кислорода с металлами кислород скорее свяжется с металлом, чем с кремнием. Специалист по компьютерному моделированию Артем Оганов (Artem Oganov) разделяет скептицизм Фройнда, заявляя, что такое соединение вряд ли когда-то удастся получить.

Источник: Phys. Rev. Lett., 2014, DOI: 10.1103/PhysRevLett.112.246803

метки статьи: #квантовая химия, #новые материалы, #химия поверхности