Penta-silicen

STM-bild (vänster) och strukturell modell (höger) av 1D enkelsträngade nanoband med penta-silicenstruktur. 2,5x2,1nm2.

Fig. 2: Zooma in de femkantiga ringarna inklusive Si-Si-bindningsavstånden (i Å) och bindningsvinklar (i rött) och perspektivvyer av de femkantiga 1D-strukturerna

Fig 3: Övre del 3,8x1,8nm2 STM experimentella dubbelsträngade NRs och nedre del simulerad strukturell modell för ett 5x2 gitter av dubbelsträngat penta-silicen NRs.

Penta-silicene eller pentasilicene betecknar en kiselbaserad tvådimensionell (2D) struktur, en kusin till silicen , helt sammansatt av Si-pentagoner, i analogi med penta-grafen , en hypotetisk variant av grafen . Från och med 2017 har en sådan struktur endast erhållits syntetiskt som endimensionella nanoband (1D-NRs) odlade på ett silver (110) substrat. Dessa nanoband antar ett mycket ordnat kiralt arrangemang i enkel- och/eller dubbelsträngar (SNR respektive DNR). De upptäcktes 2005 vid deponering av Si på Ag(110)-ytan som hölls vid rumstemperatur eller vid cirka 200 °C, och observerades i Scanning Tunneling Microscopy. Deras unika atomstruktur avslöjades dock först 2016 genom grundliga av densitetsfunktionsteori och simuleringar av STM-bilderna. Den består av alternerande Si-pentagoner som finns längs en saknad rad som bildas på silverytan under tillväxtprocessen (se fig. 1). I Penta-silicene NRs uppvisar varje Si pentagonal del en höljekonformation varvid fyra atomer är i samma plan och en femte flikatom sticker ut ur ytan. Pentagonerna avviker dock inte mycket från vanliga (se fig. 2). DNR består av två SNR med samma handenhet som löper parallellt längs två saknade rader åtskilda av två Ag-gitterkonstanter (aAg = 4,1 Å) (se fig. 3).

Dessa teoretiska resultat bekräftades ytterligare senare i en detaljerad ytröntgendiffraktionsstudie.

Det unika med penta-silicen NRs ligger i det faktum att femkantiga Si-motiv knappast finns i naturen. Trots stora ansträngningar som ägnats åt att designa Si-baserade strukturer som är analoga med de av kol, hade förekomsten av Si pentagonala ringar endast rapporterats i klatrat- bulkfaser eller i Si-ytrekonstruktioner, som, typiskt, för den kluvna Si(111)2x1-ytan

Upptäckten av 1D-Penta-silicene nanoband ökar chanserna för framtida isolering av denna nya lågdimensionella Si- allotrop , förutsatt att dessa epitaxiella nanoband kan lossas från silverytan.

Möjligheterna som erbjuds av denna endimensionella femkantiga struktur inkluderar förstorade spin-omloppseffekter och Si-baserade nanotrådar.