Le leghe di superficie di silicio e i nanostrati di siliciuro sono molto importanti nella crescita eteroepitassiale, nella catalisi eterogenea e come materiali per i contatti elettrici nei dispositivi elettronici.
Di recente è stato riportato che le leghe di superficie agiscono come precursori per la crescita di materiali 2D come il silicene. In particolare, sebbene il Si sia immiscibile nell'Ag bulk, la superficie Si/Ag mostra distinte reazioni di scambio Si/Ag e porta alla formazione di geometrie di superficie nanostrutturate uniche con interessanti proprietà fisiche. In questo contesto, la ricostruzione della superficie Si/Ag(001)-(3x3) è stata recentemente proposta come esempio sperimentale del modello 2D Su-Schreiffer-Heeger (SSH) proprietà topologiche. Tuttavia, la geometria della superficie è rimasta irrisolta, nonostante un'ampia gamma di studi sperimentali e teorici.
In questo lavoro congiunto sperimentale-teorico, pubblicato su Nature Communications, i ricercatori hanno eseguito misure STM ad alta risoluzione che hanno consentito di stabilire criteri ben definiti (simmetria, ricoprimento, ecc.) per possibili geometrie di superficie. Sulla base di tali criteri, utilizzando calcoli DFT basati su tecniche di ottimizzazione particle swarm per esplorare un'ampia gamma di geometrie e stechiometrie, sono stati identificati diversi possibili modelli. Di questi, solo un modello (termodinamicamente stabile) è riuscito a spiegare le misurazioni STM dipendenti dalla polarizzazione e i dati SXRD e ARPES precedentemente pubblicati. Il modello, definito "surface-alloy double-pentagon chain" dagli autori, presenta catene ininterrotte di silicio in una forma a doppio pentagono, un risultato simile a quanto ossevato sulla superficie Si/Ag(110). In questo caso, tuttavia, le catene mostrano di possedere un carattere quasi unidimensionale grazie alla presenza di atomi di Ag nello strato superficiale, che definiscono la struttura come una lega di superficie non pseudomorfa. La scoperta ha importanti conseguenze per la realizzazione di un vero modello SSH 2D sulle superfici e mette in evidenza la pervasività delle geometrie pentagonali nei materiali 2D.
Il lavoro è stato svolto in collaborazione tra ricercatori del CNR-ISM e dell'Univ. Roma "Tor Vergata" in Italia e del CNRS, dalle Università della Sorbona e di Aix Marseille in Francia, finanziate in parte attraverso il programma TeraExc MSCA.