Назван перспективный материал для ультратонких гаджетов будущего

Результаты исследования опубликованы в научном журнале Next Materials. Силадиаманы — это ультратонкие материалы из двух слоев атомов кремния толщиной менее одного нанометра. Они похожи на диаманы (ультратонкие материалы, имеющие структуру алмаза и состоящие из двух слоев атомов углерода), но сделаны из кремния, отсюда и название силадиаманы — от латинского Silicon – кремний.

Эти материалы — самые тонкие кремниевые полупроводники, которые теоретически подходят для создания компьютерных чипов. Пока они существуют только в расчетах: были предсказаны с помощью квантово-химического моделирования, но в реальности еще не созданы. Однако, как отмечают исследователи, такие полупроводники могли бы существенно ускорить процессы в микроэлектронике, энергетике и фотокатализе.

Сегодня ученые работают над расчетом перспектив создания таких полупроводников и их возможностей. Старший научный сотрудник лаборатории кристаллофотоники СПбГУ Руслан Кеворкянц изучил с помощью химических расчетов главные физические характеристики силадиаманов.

«Исследование было проведено для трех основных характеристик: модуля Юнга (жесткость), коэффициента Пуассона, который показывает, как материал сжимается при растяжении, а также модуля сдвига — то есть устойчивости к деформации. Также я проверил термическую стабильность. Оказалось, что силадиаманы сохраняют свою структуру без изменений при нагреве от комнатной температуры до более чем 100°C. Это подтвердили расчеты методом молекулярной динамики», — объяснил Руслан Кеворкянц.

По его словам, силадиаманы обладают высокой прочностью, сравнимой с популярными 2D-материалами, такими как сульфид молибдена (MoS₂) или черный фосфор. Это делает их перспективными для применения в гибкой электронике, наноэлектромеханических системах (NEMS) и защитных покрытиях.

Кроме того, эти вещества динамически стабильны: их структура находится в состоянии с минимальной энергией, и самопроизвольно (без внешнего воздействия) не может измениться на другую, более выгодную, так как для этого потребовалось бы преодолеть энергетический барьер. Такая устойчивость означает, что материал не будет деградировать со временем или неожиданно менять свои свойства, что критически важно для долговечных технологических применений. В сочетании с высокой прочностью это открывает возможности для создания надежных устройств, работающих в экстремальных условиях — например, при высоких температурах или механических нагрузках.

Известно, что силадиаманы бывают двух видов — AA и AB, которые отличаются тем, как расположены их атомные слои. В АА слои расположены строго друг над другом, тогда как в случае AB они образуют шестигранную укладку. Оба варианта оказались стабильными, но с небольшими различиями в свойствах. Например, AB-версия немного лучше проводит электричество — ее «энергетический барьер» для электронов составляет 2,10 эВ, тогда как у AA-версии 1,88 эВ. При этом, у обычного кремния в современных чипах этот барьер всего 1,1 эВ.

Таким образом, силадиаманы могут работать с другими типами сигналов, что открывает дорогу для создания сверхтонких и энергосберегающих микросхем будущего. Вместе с этим, благодаря особой структуре к ним можно «пришивать» органические молекулы, создавая гибридные материалы. Например, такие комбинации могли бы эффективно разлагать воду на водород и кислород под действием солнечного света.

СПбГУ

87 статей

Один из старейших, крупнейших и ведущих классических университетов и один из важнейших центров науки, образования и культуры в России.

Показать больше

Закладка

Скопировать ссылку

Email

Печать

Twitter

VK

Telegram