Від 
Старший науковий співробітник лабораторії кристалофотоніки СПбДУ Руслан Кеворкянц вивчив головні фізичні характеристики силадіаманів — теоретично існуючих надтонких кремнієвих напівпровідників. Вчений підтвердив їх високі міцнісні та термостабільні характеристики, що робить їх перспективними у мікроелектроніці, енергетиці та фотокаталізі.
Результати дослідження опубліковані у науковому журналі Next Materials. Силадіамани – це ультратонкі матеріали з двох шарів атомів кремнію завтовшки менше одного нанометра. Вони схожі на діамани (ультратонкі матеріали, що мають структуру алмазу і складаються з двох шарів атомів вуглецю), але виготовлені з кремнію, звідси і назва силадіаманів – від латинського Silicon – кремній.
Ці матеріали – найтонші кремнієві напівпровідники, які теоретично підходять для створення комп’ютерних чипів. Поки що вони існують лише в розрахунках: були передбачені за допомогою квантово-хімічного моделювання, але насправді ще не створені. Однак, як зазначають дослідники, такі напівпровідники могли б суттєво прискорити процеси в мікроелектроніці, енергетиці та фотокаталізі.
Сьогодні вчені працюють над розрахунком перспектив створення таких напівпровідників та їхніх можливостей. Старший науковий співробітник лабораторії кристалофоніки СПбДУ Руслан Кеворкянц вивчив за допомогою хімічних розрахунків головні фізичні характеристики силадіаманів. «Дослідження було проведено для трьох основних характеристик: модуля Юнга (жорсткість), коефіцієнта Пуассона, який показує, як матеріал стискується під час розтягування, а також модуля зсуву – тобто стійкості до деформації. Також я перевірив термічну стабільність. Виявилося, що силадіамани зберігають свою структуру без змін при нагріванні від кімнатної температури до 100°C. Це підтвердили розрахунки методом молекулярної динаміки», – пояснив Руслан Кеворкянц.
За його словами, силадіамани мають високу міцність, порівнянну з популярними 2D-матеріалами, такими як сульфід молібдену (MoS₂) або чорний фосфор. Це робить їх перспективними для застосування у гнучкій електроніці, наноелектромеханічних системах (NEMS) та захисних покриттях.
Крім того, ці речовини динамічно стабільні: їх структура перебуває в стані з мінімальною енергією, і мимоволі (без зовнішнього впливу) не може змінитися на іншу, вигіднішу, оскільки для цього потрібно було б подолати енергетичний бар’єр. Така стійкість означає, що матеріал не деградуватиме з часом або несподівано змінюватиме свої властивості, що критично важливо для довговічних технологічних застосувань. У поєднанні з високою міцністю це відкриває можливості для створення надійних пристроїв, що працюють в екстремальних умовах, наприклад, при високих температурах або механічних навантаженнях.
Відомо, що силадіамани бувають двох видів – AA і AB, які відрізняються тим, як розташовані їхні атомні шари. В АА шари розташовані строго один над одним, тоді як у випадку AB вони утворюють шестигранне укладання. Обидва варіанти виявилися стабільними, але з невеликими відмінностями у властивостях. Наприклад, AB-версія трохи краще проводить електрику – її “енергетичний бар’єр” для електронів становить 2,10 еВ, тоді як у AA-версії 1,88 еВ. При цьому у звичайного кремнію в сучасних чіпах цей бар’єр всього 1,1 еВ.
Таким чином, силадіамани можуть працювати з іншими типами сигналів, що відкриває дорогу для створення надтонких та енергозберігаючих мікросхем майбутнього. Разом з цим завдяки особливій структурі до них можна «пришивати» органічні молекули, створюючи гібридні матеріали. Наприклад, такі комбінації могли б ефективно розкладати воду на водень та кисень під дією сонячного світла.
Коментарі