Goethe-universitetets kemister har lyckats syntetisera en förening med en Si20-dodekaeder. Den platonska soliden, som publicerades i Angewandte Chemie tidning, är inte bara estetiskt tilltalande, det öppnar också nya perspektiv för halvledarindustrin.

Upptäckten av den fotbollsformade C60-molekylen 1985 var en milstolpe för utvecklingen av nanoteknik. Parallellt med det snabbt blommande forskningsfältet om kolfullerener, forskare har ägnat lång tid åt att förgäves försöka skapa strukturellt liknande kiselburar. Goethe-universitetets kemister har nu lyckats syntetisera en förening med en Si20-dodekaeder. Den platonska soliden, som publicerades i Angewandte Chemie tidning, är inte bara estetiskt tilltalande, det öppnar också nya perspektiv för halvledarindustrin.

Si20-dodekaedern är ungefär lika stor som C60-molekylen. Dock, det finns några avgörande skillnader mellan bindningstyperna:Alla kolatomer i C60 har ett koordinationstal på tre och bildar dubbelbindningar. I kiseldodekaedern, i kontrast, alla atomer har ett koordinationsnummer på fyra och är sammankopplade genom enkelbindningar, så att molekylen också är besläktad med dodekaedran (C20H20). "På sin tid, dodekaedran sågs som "Mount Everest" av organisk kemi, eftersom det initialt endast kunde syntetiseras genom en 23-stegssekvens. I kontrast, vår Si20 bur kan skapas i ett steg från Si2 byggstenar, " förklarar prof. Matthias Wagner från Goethe-universitetets institut för oorganisk och analytisk kemi.

Si20 ihåliga kroppar, som har isolerats av hans doktorand, Jan Tillmann, är alltid fyllda med en kloridjon. Frankfurtkemisterna antar därför att buren bildar sig runt anjonen, som alltså har en strukturbestämmande effekt. På dess yta, klustret bär åtta kloratomer och tolv Cl3Si-grupper. Dessa har mycket symmetriska arrangemang i rymden, vilket är anledningen till att molekylen är särskilt vacker. Kvantkemiska beräkningar utförda av professor Max C. Holthausens forskargrupp vid Goethe-universitetet visar att det substitutionsmönster som observerades experimentellt faktiskt ger en uttalad stabilisering av Si20-strukturen.

I framtiden, Tillmann och Wagner planerar att använda de ytbundna Cl3Si-ankargrupperna för att producera tredimensionella nanonätverk av Si20-enheter. Forskarna är särskilt intresserade av tillämpningspotentialen för denna nya förening:"Spatialt strikt begränsade kiselnanopartiklar uppvisar fundamentalt annorlunda egenskaper än konventionella kiselskivor, " förklarar Matthias Wagner. Den länge eftersträvade tillgången till siladodekaedran öppnar därmed möjligheten att studera de grundläggande elektroniska egenskaperna hos burliknande Si-nanopartiklar jämfört med kristallint halvledarkisel.