Автор AZoNano Апрель 1 2021

Ученые из Центра энергетики и технологий Сколтеха (CEST) разработали метод моделирования поведения 2D-материалов под давлением. Исследования помогут создать датчики давления на основе силицена или других 2D-материалов. Статья опубликована в журнале ACS Nano .

Силицен, который считается кремниевым аналогом графена, представляет собой двумерный аллотроп кремния. В нормальном состоянии объемный кремний представляет собой полупроводник со структурой типа кристалла алмаза. По мере того, как он истончается до одного или нескольких слоев, его свойства резко меняются. Однако пока не удалось изучить изменение электронных свойств 2D-материалов при высоком давлении.

Ученые из России, Италии, США и Бельгии разработали теоретический метод исследования, основанный на квантовой химии для изучения электронных свойств 2D-материалов под давлением на примере силицена.

В отличие от углерода, который стабилен как в трехмерном, так и в двумерном состояниях, силицен метастабилен и легко взаимодействует с окружающей средой.

« Кремний – это полупроводник в объемном состоянии и металл в 2D-состоянии. Свойства однослойного и многослойного силицена широко изучены теоретически. Силицен скорее гофрированный, чем плоский из-за взаимодействия между соседними атомами кремния «Повышение давления должно сглаживать силицен и изменять его свойства, но этот эффект еще не может быть исследован экспериментально», объясняет исследователь Сколтеха Кристиан Тантардини.

В большинстве случаев экспериментальные инструменты, используемые для приложения давления к материалу вдоль оси, перпендикулярной его плоскости, одновременно производят сжатие в плоскостях 2D-материала. Таким образом, полученные измерения вряд ли будут точными, поэтому сейчас моделирование кажется единственным правдоподобным подходом.

«В нашем случае новый теоретический подход был единственным решением. Поскольку давление применяется только в одном направлении, мы моделируем сжатие нашего материала и пытаемся выяснить, в чем причина изменений в электронная структура, расположение атомов кремния и их гибридизация при различных давлениях, и почему слои сплющиваются, », – комментирует старший научный сотрудник Сколтеха Александр Квашнин.

Точное предсказание поведения силицена или других двумерных материалов под давлением сделало бы силицен перспективным кандидатом в датчики давления. При помещении внутрь датчика силицен может помочь определить давление в зависимости от реакции материала на сжатие. Датчик такого типа может использоваться, например, в буровых установках с высокими требованиями к контролю давления для увеличения усилия бурения без повреждения оборудования.

«Мы использовали силицен в нашем исследовании по моделированию, чтобы проверить метод, который также может работать для других 2D-материалов, включая более стабильные, которые уже производятся и широко используются при нулевом давлении», – говорит Ксавье Гонце. , приглашенный профессор Сколтеха и профессор Католического университета Лувена (UCLouvain) в Бельгии.

Сколтех – частный международный университет, расположенный в России. Сколтех, основанный в 2011 году в сотрудничестве с Массачусетским технологическим институтом (MIT), воспитывает новое поколение лидеров в области науки, технологий и бизнеса, проводит исследования в передовых областях и продвигает технологические инновации с целью решения проблем. критические проблемы, стоящие перед Россией и миром. Сколтех фокусируется на шести приоритетных областях: наука о данных и искусственный интеллект, науки о жизни, передовые материалы и современные методы проектирования, энергоэффективность, фотоника и квантовые технологии, а также передовые исследования.

Источник: https://www.skoltech.ru/[19459010visible