Chemici van de Goethe University zijn erin geslaagd een verbinding te synthetiseren met een Si20-dodecaëder. De platonische solide, die werd gepubliceerd in de Angewandte Chemie logboek, is niet alleen esthetisch, het opent ook nieuwe perspectieven voor de halfgeleiderindustrie.

De ontdekking van het voetbalvormige C60-molecuul in 1985 was een mijlpaal voor de ontwikkeling van nanotechnologie. Parallel aan het snel opbloeiende onderzoeksveld naar koolstoffullerenen, onderzoekers hebben lang tevergeefs geprobeerd om structureel vergelijkbare siliciumkooien te maken. De chemici van de Goethe-universiteit zijn er nu in geslaagd een verbinding te synthetiseren met een Si20-dodecaëder. De platonische solide, die werd gepubliceerd in de Angewandte Chemie logboek, is niet alleen esthetisch, het opent ook nieuwe perspectieven voor de halfgeleiderindustrie.

De Si20-dodecaëder is ongeveer even groot als het C60-molecuul. Echter, er zijn enkele cruciale verschillen tussen de soorten bindingen:alle koolstofatomen in C60 hebben een coördinatiegetal van drie en vormen dubbele bindingen. In de siliciumdodecaëder, in tegenstelling tot, alle atomen hebben een coördinatiegetal van vier en zijn verbonden via enkele bindingen, zodat het molecuul ook verwant is aan dodecaëder (C20H20). "In zijn tijd, dodecaëder werd gezien als de 'Mount Everest' van de organische chemie, omdat het aanvankelijk alleen kon worden gesynthetiseerd via een reeks van 23 stappen. In tegenstelling tot, onze Si20-kooi kan in één stap worden gemaakt vanaf Si2-bouwstenen, " legt prof. Matthias Wagner van het Goethe Universitair Instituut voor Anorganische en Analytische Chemie uit.

De Si20 holle lichamen, die zijn geïsoleerd door zijn promovendus, Jan Tillmann, zijn altijd gevuld met een chloride-ion. De chemici van Frankfurt veronderstellen daarom dat de kooi zich rond het anion vormt, wat dus een structuurbepalend effect heeft. Op zijn oppervlak, het cluster draagt ​​acht chlooratomen en twaalf Cl3Si-groepen. Deze hebben zeer symmetrische opstellingen in de ruimte, daarom is het molecuul bijzonder mooi. Kwantumchemische berekeningen, uitgevoerd door de onderzoeksgroep van professor Max C. Holthausen aan de Goethe-universiteit, tonen aan dat het experimenteel waargenomen substitutiepatroon inderdaad een uitgesproken stabilisatie van de Si20-structuur oplevert.

In de toekomst, Tillmann en Wagner zijn van plan om de oppervlaktegebonden Cl3Si-ankergroepen te gebruiken om driedimensionale nanonetwerken te produceren uit Si20-eenheden. De onderzoekers zijn vooral geïnteresseerd in het toepassingspotentieel van deze nieuwe verbinding:"Ruimtelijk strikt beperkte siliciumnanodeeltjes vertonen fundamenteel andere eigenschappen dan conventionele siliciumwafels, " legt Matthias Wagner uit. De lang nagestreefde toegang tot siladodecaëder opent dus de mogelijkheid om de fundamentele elektronische eigenschappen van kooiachtige Si-nanodeeltjes te bestuderen in vergelijking met kristallijn halfgeleidersilicium.