Энергетические и электронные характеристики кремниевых полипризманов: Исследование с помощью теории функционала плотности

В настоящей работе представлены результаты компьютерного моделирования структурных, энергетических и некоторых электронных свойств [n,4]-, [n,5]- и [n,6]силапризманов (полисилаприманов), которые представляют собой особый тип кремниевых одностенных нанотрубок, построенных из дегидрированных молекул циклосиланов (кремниевых колец) Si4-, Si5- и Si6-колец соответственно. При больших n полисилапризманы можно рассматривать как аналоги кремниевых нанотрубок с экстремально малым поперечным сечением в виде правильного многоугольника. В работе были рассчитаны энергии связи, межатомные длины связей и энергетические щели между наивысшей занятой молекулярной орбиталью (HOMO) и самой низкой незанятой молекулярной орбиталью (LUMO) с использованием теории функционала плотности для систем до десяти слоев. Установлено, что [n,4]силапризманы, обладающие большой эффективной длиной (n  ) не являются термодинамически устойчивыми, в то время как [n,5]- и [n,6]силапризманы сохраняют свою сильно напряженную структуру и становятся более термодинамически стабильными при увеличении числа слоев n. Кроме того, анализ HOMO-LUMO щелей показывает, что [n,5]- и [n,6]силапризманы, обладающие большой эффективной длиной, можно отнести к полуметаллам или даже к металлам (проводникам). Таким образом, они в отличие от своих углеродных аналогов могут быть успешно использованы в наноэлектронике в качестве функциональных нанопроводов или в качестве основы для вычислительных логических элементов без какого-либо дополнительного легирования или приложения механических напряжений. Толщины силапризманов сравнимы с толщинами самых маленьких углеродных нанотрубок.