ケイ素の同素体

シリコンの同素体は、構造的に多様な形態のシリコンです。

アモルファスシリコン

アモルファスシリコンは茶色の粉末の形をしています。^[1]

結晶シリコン

結晶シリコンは金属光沢と灰色を呈する。単結晶はチョクラルスキー法で成長させることができる。結晶シリコンには、ホウ素、ガリウム、ゲルマニウム、リン、ヒ素などの元素をドープすることができる。ドープされたシリコンは、太陽電池、整流器、コンピューターチップなどの固体電子デバイスに使用されている。^[1]

シリコンはゲルマニウムやダイヤモンドと同じパターンで結晶化し、2つの相互浸透する面心立方基本格子として観察されます。この立方体の一辺は0.543nmです。^[2]

シリセン

シリセンは、グラフェンに似た六角形のハニカム構造を持つ二次元系です。シリセンはグラフェンとは異なる特性を持っています。周期的に座屈したトポロジーを持ち、層間結合がはるかに強く、その酸化形態である2Dシリカは酸化グラフェンとは異なる化学構造を持っています。シリセンは2010年に初めて発見されました。

ペンタシリセンは、ペンタグラフェンに類似した五角形構造を持つ二次元系である。この構造は2005年に初めて合成された。^[3]^[4]

シ
₂₄

シ
₂₄は、斜方晶系のSi同素体である。2014年に初めて合成された。^[5]^[6]この同素体を生成するには、Na
₄シ
₂₄タンタルカプセル、高温、そして1,500トンのマルチアンビルプレスを用いて、多結晶化合物を徐々に10ギガパスカル（1,500,000psi）の圧力まで加圧した。次に、真空中で400 K（127 °C; 260 °F）で8日間「脱ガス」処理を行った。その結果、ゼオライト型構造が得られた。^[7]

シ
₂₄準直接バンドギャップ（具体的には、小さくほぼ平坦な間接バンドギャップ）を有する。ダイヤモンド構造のシリコンよりも効率的に電気を伝導する。光を吸収・放出する。5員環、6員環、8員環から構成され、小さな原子や分子はそこにある正孔を通過することができる。^[7]

Si24はp型とn型の両方にドープすることができ、ドーパントは容易にイオン化されます。最も可能性の高いドーパントはホウ素とリンです。 ^[8]

潜在的な用途としては、エネルギー貯蔵やフィルタリングなどが挙げられる。^[7]

4Hシリコン

4Hシリコンは、バルクの高度に秩序化された六方晶系の4層結晶構造のSiである。
₂₄光吸収測定により、1.2 eV付近に間接バンドギャップが存在することが明らかになり、第一原理計算と一致した。^[5]^[6]

シリシン

1次元のシリシンは炭素同素体カルビンに類似しており、炭素の代わりにケイ素の長い鎖になっています。^[9] 2次元のシリシンは炭素同素体グラフィンに類似しています。^[10]

参考文献

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[:1-5] Irving, Michael (2021年6月7日). 「科学者が奇妙な新形態のシリコンを発見」. New Atlas . 2021年6月7日閲覧。

[:2-6] Shiell, Thomas B.; Zhu, Li; Cook, Brenton A.; Bradby, Jodie E.; McCulloch, Dougal G.; Strobel, Timothy A. (2021-05-25). 「バルク結晶性$4H$-シリコンの準安定同素体転移」. Physical Review Letters . 126 (21) 215701. doi :10.1103/PhysRevLett.126.215701. hdl : 1885/293483 . PMID 34114875. S2CID 235404142.

[:3-7] 「新型シリコンは太陽電池やLEDに利用できる可能性がある」New Atlas . 2014年11月20日. 2021年6月7日閲覧。

[8] Linghu, Jiajun; Shen, Lei; Yang, Ming; Xu, Shuyan; Feng, Yuan Ping (2017-07-27). 「Si24：高効率太陽電池材料」. The Journal of Physical Chemistry C . 121 (29): 15574– 15579. doi :10.1021/acs.jpcc.7b04032. ISSN 1932-7447.

[9] Phillip F. Schewe & Ben Stein (1998年9月3日). 「Silicyne, A New Form Of Silicon」. Inside Science Research - Physics News Update . No. 388. American Institute of Physics. p. Story #3. 2007年8月6日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2013年10月12日閲覧。

[10] Pei Yang (裴洋) と Wu Hai-Bin (武海斌) (2013). 「グラフィン状シリシンナノリボンの最適化された形状と電子構造」。中国物理学 B . 22 (5) 057303.土井:10.1088/1674-1056/22/5/057303。S2CID 250784436。