Силіцен

Силіце́н — двовимірна одношарова алотропна форма Силіцію (Si), атоми якої утворюють гексагональну кристалічну ґратку типу бджолиних стільників (honeycombs). У силіценовій ґратці атоми Силіцію мають «змішану гібридизацію» типу «sp2/sp3», таким чином, ґратка є періодично-зігнутою (англ. buckled), на відміну від планарної ґратки графену. Електронна структура силіцену нагадує структуру графену, маючи лінійну дисперсію електронів на краю зони Бріллюена (в К точці), відтворюючи конус Дірака.

Знімок поверхні епітаксійного силіцену (4×4) та т.зв. "мультишарового" (R3×R3) силіцену.

На разі відомо дві форми силіцену: вільний від підтримки (англ. free-standing) та епітаксійний (осаджений на підкладку). Існування вільного силіцену є теоретично спрогнозованим,[1][2][3] , хоча експериментального підтвердження поки що немає. Натомість, в 2012 році було експериментально отримано епітаксійний силіцен[4], що підсилило зацікавлення двовимірними матеріалами після деякого спаду зацікавленності графеном.[5][6] Однією із переваг силіцену є можливість контролю ширини забороненої зони, що є необхідною умовою використання матеріалу у мікроелектроніці. Заборонену зону силіцену можна відкрити за допомогою прикладення ортогонального електричного поля[7] або осадження сторонніх атомів[8] чи молекул[9], проводячи т.зв. функціоналізацію. Додатково, використання кристалів на основі Силіцію у мікроелектроніці є більш доступним й навіть звичним у порівнянні із кристалами на основі Карбону.

Силіцен є цікавим матеріалом з точки зору фізики твердого тіла, оскільки він одночасно містить двовимірний електронний газ й значну спін-орбітальну взаємодію, дозволяючи тим самим спостерігати відкриття забороненої зони за доступних температур (близько 20 К)[10], тим самим проявляючи топологічні властивості електронної будови. Подібні властивості силіцену роблять його кандидатом для спостережень низки квантових ефектів Холла, наприклад аномальний та спін-квантовий ефект Холла.

Хронологічно, силіцен — другий елементарний (такий, що складається лише з одного хімічного елементу) двовимірний матеріал після відкриття графену. Також існують роботи з синтезу германену[11] та інших елементарних двовимірних матеріалів (станен, борофен тощо).