Científicos del Skoltech Center for Energy Science and Technology (CEST) han desarrollado un método para modelar el comportamiento de materiales 2D bajo presión. La investigación ayudará a crear sensores de presión basados ​​en siliceno u otros materiales 2D. El artículo fue publicado en ACS Nano diario.

Silicene, que se considera el análogo de silicio del grafeno, es un alótropo bidimensional de silicio. En su estado normal, un silicio a granel es un semiconductor con una estructura de tipo cristal de diamante. A medida que se adelgaza a una o varias capas, sus propiedades cambian drásticamente. Sin embargo, aún no ha sido posible estudiar el cambio en las propiedades electrónicas de los materiales 2D a alta presión.

Científicos de Rusia, Italia, los Estados Unidos, y Bélgica han desarrollado un método de investigación teórico basado en la química cuántica para estudiar las propiedades electrónicas de los materiales 2D bajo presión utilizando silicene como ejemplo. En contraste con el carbono, que es estable en los estados 3D y 2D, silicene es metaestable y fácil de interactuar con el medio ambiente.

"El silicio es un semiconductor en su estado general y un metal en el estado 2D. Las propiedades del siliceno monocapa y multicapa se estudian extensamente teóricamente. El silicio es corrugado en lugar de plano debido a las interacciones entre los átomos de silicio vecinos. Un aumento de la presión debería aplanar el silicene y cambiar sus propiedades, pero este efecto aún no se puede investigar experimentalmente, "explica el científico investigador de Skoltech Christian Tantardini.

En la mayoría de los casos, Las herramientas experimentales utilizadas para aplicar presión al material a lo largo del eje normal a su plano producen simultáneamente compresión en las direcciones en el plano del material 2D. Por lo tanto, las mediciones resultantes difícilmente serían precisas, por lo que, en este momento, el modelado parece ser el único enfoque plausible.

"En nuestro caso, un nuevo enfoque teórico era la única solución. Como la presión se aplica solo en una dirección, simulamos la compresión de nuestro material e intentamos averiguar cuál es la razón de los cambios en la estructura electrónica, disposición de los átomos de silicio y su hibridación bajo diferentes presiones, y por qué las capas se aplanan, ", Comenta el científico investigador sénior de Skoltech, Alexander Kvashnin.

La predicción precisa del comportamiento del silicene u otros materiales 2D bajo presión convertiría al silicene en un candidato prometedor para los sensores de presión. Cuando se coloca dentro del sensor, el silicene podría ayudar a determinar la presión en función de la respuesta del material a la compresión. Este tipo de sensores se pueden utilizar, por ejemplo, en equipos de perforación con un alto requisito de control de presión para aumentar la fuerza de perforación sin dañar el equipo.

"Usamos siliceno en nuestro estudio de modelado para probar el método que también podría funcionar para otros materiales 2D, incluidos los más estables que ya se fabrican y utilizan ampliamente, a presión cero ", dice Xavier Gonze, profesor invitado en Skoltech y profesor en la Université catholique de Louvain (UCLouvain) en Bélgica.