Stable Single-Layer Honeycomblike Structure of Silica

硅烯 材料科学 悬空债券 双层 凝聚态物理 带隙 结晶学 物理 光电子学 化学 生物 遗传学
作者
V. Ongun Özçelik,Seymur Cahangirov,S. Çiraci
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:112 (24) 被引量:88
标识
DOI:10.1103/physrevlett.112.246803
摘要

Silica or ${\mathrm{SiO}}_{2}$, the main constituent of Earth's rocks has several 3D complex crystalline and amorphous phases, but it does not have a graphitelike layered structure in 3D. Our theoretical analysis and numerical calculations from the first principles predict a single-layer honeycomblike allotrope, $h\ensuremath{\alpha}$ silica, which can be viewed to be derived from the oxidation of silicene and it has intriguing atomic structure with reentrant bond angles in hexagons. It is a wide band gap semiconductor, which attains remarkable electromechanical properties showing geometrical changes under an external electric field. In particular, it is an auxetic metamaterial with a negative Poisson's ratio and has a high piezoelectric coefficient. While it can form stable bilayer and multilayer structures, its nanoribbons can show metallic or semiconducting behavior depending on their chirality. Coverage of dangling Si orbitals by foreign adatoms can attribute new functionalities to $h\ensuremath{\alpha}$ silica. In particular, ${\mathrm{Si}}_{2}{\mathrm{O}}_{5}$, where Si atoms are saturated by oxygen atoms from top and bottom sides alternatingly can undergo a structural transformation to make silicatene, another stable, single layer structure of silica.

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