I chimici della Goethe University sono riusciti a sintetizzare un composto con un dodecaedro Si20. Il solido platonico, che è stato pubblicato nel Angewandte Chemie rivista, non è solo esteticamente gradevole, apre anche nuove prospettive per l'industria dei semiconduttori.
La scoperta della molecola C60 a forma di pallone da calcio nel 1985 è stata una pietra miliare per lo sviluppo della nanotecnologia. Parallelamente al campo di ricerca in rapida espansione sui fullereni di carbonio, i ricercatori hanno passato molto tempo a cercare invano di creare gabbie di silicio strutturalmente simili. I chimici della Goethe University sono ora riusciti a sintetizzare un composto con un dodecaedro Si20. Il solido platonico, che è stato pubblicato nel Angewandte Chemie rivista, non è solo esteticamente gradevole, apre anche nuove prospettive per l'industria dei semiconduttori.
Il dodecaedro Si20 è grande all'incirca quanto la molecola C60. Però, ci sono alcune differenze cruciali tra i tipi di legame:tutti gli atomi di carbonio in C60 hanno un numero di coordinazione di tre e formano doppi legami. Nel dodecaedro di silicio, in contrasto, tutti gli atomi hanno un numero di coordinazione di quattro e sono collegati tramite singoli legami, in modo che la molecola sia anche correlata al dodecaedrano (C20H20). "Ai suoi tempi, il dodecaedro era visto come il "monte Everest" della chimica organica, perché inizialmente poteva essere sintetizzato solo attraverso una sequenza di 23 fasi. In contrasto, la nostra gabbia Si20 può essere creata in un solo passaggio partendo da blocchi di costruzione Si2, " spiega il prof. Matthias Wagner del Goethe University Institute of Inorganic and Analytical Chemistry.
I corpi cavi Si20, che sono stati isolati dal suo studente di dottorato, Jan Tillmann, sono sempre riempiti con uno ione cloruro. I chimici di Francoforte suppongono quindi che la gabbia si formi attorno all'anione, che ha quindi un effetto determinante sulla struttura. Sulla sua superficie, il cluster porta otto atomi di cloro e dodici gruppi Cl3Si. Questi hanno disposizioni altamente simmetriche nello spazio, ecco perché la molecola è particolarmente bella. I calcoli di chimica quantistica effettuati dal gruppo di ricerca del professor Max C. Holthausen presso l'Università di Goethe mostrano che il modello di sostituzione osservato sperimentalmente produce effettivamente una pronunciata stabilizzazione della struttura del Si20.
In futuro, Tillmann e Wagner stanno pianificando di utilizzare i gruppi di ancoraggio Cl3Si legati alla superficie per produrre nanoreti tridimensionali da unità Si20. I ricercatori sono particolarmente interessati al potenziale applicativo di questo nuovo composto:"Le nanoparticelle di silicio spazialmente limitate mostrano proprietà fondamentalmente diverse rispetto ai wafer di silicio convenzionali, " spiega Matthias Wagner. Il tanto agognato accesso al siladodecaedrano apre così la possibilità di studiare le proprietà elettroniche fondamentali delle nanoparticelle di Si a forma di gabbia rispetto al silicio semiconduttore cristallino.
