スコルテックエネルギー科学技術センター (CEST) の科学者たちは、圧力下での 2D 材料の挙動をモデル化する方法を開発しました。 この研究は、シリセンやその他の 2D 材料をベースにした圧力センサーの作成に役立ちます。 論文は、に掲載されました。 ACSナノ ジャーナル。

グラフェンのシリコン類似体とみなされるシリセンは、シリコンの二次元同素体です。 通常の状態では、バルクシリコンはダイヤモンド結晶型構造を持つ半導体です。 2 つまたは複数の層に薄くなるにつれて、その特性は劇的に変化します。 しかし、高圧下での XNUMXD 材料の電子特性の変化を研究することはまだ不可能です。

ロシア、イタリア、米国、ベルギーの科学者らは、シリセンを例として圧力下での2D材料の電子特性を研究するための量子化学に基づく理論的研究方法を開発した。 3D 状態でも 2D 状態でも安定している炭素とは対照的に、シリセンは準安定であり、環境と相互作用しやすいです。

「シリコンはバルク状態では半導体であり、二次元状態では金属です。 単層および多層シリセンの特性は理論的に広く研究されています。 シリセンは、隣接するシリコン原子間の相互作用により、平らではなく波状になっています。 圧力が増加するとシリセンは平らになり、その特性が変化するはずですが、この影響はまだ実験的に調査できません」とスコルテックの研究者クリスチャン・タンタルディーニ氏は説明する。

ほとんどの場合、その平面に垂直な軸に沿って材料に圧力を加えるために使用される実験ツールは、同時に 2D 材料の面内方向の圧縮を生成します。 したがって、結果として得られる測定値はほとんど正確ではないため、現時点ではモデリングが唯一の妥当なアプローチであると思われます。

「私たちの場合、新しい理論的アプローチが唯一の解決策でした。 圧力は一方向にのみ加えられるため、材料の圧縮をシミュレーションし、異なる圧力下での電子構造、シリコン原子の配置、およびそれらのハイブリッド化の変化の理由、および層が平坦になる理由を解明しようとします。 」とスコルテックの上級研究員アレクサンダー・クヴァシュニンはコメントする。

圧力下でのシリセンまたは他の 2D 材料の挙動を正確に予測できれば、シリセンは圧力センサーの有望な候補となるでしょう。 シリセンをセンサー内に配置すると、圧縮に対する材料の応答に基づいて圧力を決定するのに役立ちます。 この種のセンサーは、たとえば、機器を損傷することなく掘削力を高めるための圧力制御に対する高い要件を備えた掘削リグに使用できます。

「私たちはモデリング研究でシリセンを使用し、圧力ゼロですでに製造され広く使用されているより安定した材料を含む他の 2D 材料にも適用できる方法をテストしました」とスコル工科大学の客員教授で教授のザビエル ゴンゼ氏は述べています。ベルギーのルーヴァン・カトリック大学（UCLouvain）にて。

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