稳定的单层类蜂窝二氧化硅结构

二氧化硅 (SiO$_2$) 是地球岩石的主要成分，具有多种复杂的三维晶体和非晶相，但在三维中不具有类似石墨的层状结构。我们的理论分析和第一性原理数值计算预测了一种单层类蜂窝同素异形体 h$\alpha$-silica，它可被视为由硅烯氧化衍生而来，具有六角形中重入键角的有趣原子结构。它是一种宽禁带半导体，表现出显著的机电特性，即在外电场作用下发生几何变化。特别是，它是一种具有负泊松比的拉胀超材料，并具有高压电系数。虽然它可以形成稳定的双层和多层结构，但其纳米带根据手性不同可表现出金属或半导体行为。外来吸附原子覆盖悬垂的 Si 轨道可赋予 h$\alpha$-silica 新的功能。特别是 Si$_2$O$_5$（其中 Si 原子被上下两侧交替的氧原子饱和）可发生结构转变形成 silicatene，这是另一种稳定的单层二氧化硅结构。