Ученые создали новую форму кремния — 4H-кремний
Нагрев кристаллов Si24 заставлял тонкие листы выстраиваться в шестиугольную форму на четырех повторяющихся слоях, за что новая структура получила название 4H-кремний
Кремний жизненно важен для всей электроники, на которой построен наш современный мир. Теперь исследования, проводимые Научным институтом Карнеги, разработали способ создания новой формы кремния с уникальной гексагональной структурой.
Элементы могут принимать различные кристаллические формы, называемые аллотропами, в зависимости от расположения их атомов. Они могут иметь совершенно разные свойства — например, углерод может существовать в двухмерных листах как графен, стопки этих листов как графит или кубические решетки как алмаз.
Наиболее часто используемая форма кремния имеет ту же структуру, что и алмаз, но другие структуры потенциально могут иметь другие полезные электронные свойства.
В 2014 году ученые из Карнеги разработали новый кремниевый аллотроп под названием Si24, который состоял из листов кремния, расположенных в виде колец из пяти, шести и восьми атомов. Разрывы в середине этих колец могут образовывать одномерные каналы для движения других атомов, что, по словам исследователей, может разблокировать приложения для хранения или фильтрации энергии.
В новом исследовании ученые разработали метод преобразования Si24 в еще один новый аллотроп.
Нагрев кристаллов Si24 заставлял тонкие листы выстраиваться в шестиугольную форму на четырех повторяющихся слоях, за что новая структура получила название 4H-кремний. Команда говорит, что это произошло впервые, когда были созданы стабильные объемные кристаллы из такого материала.
«Помимо расширения нашего фундаментального контроля над синтезом новых структур, открытие объемных кристаллов 4H-кремния открывает дверь в захватывающие перспективы будущих исследований для настройки оптических и электронных свойств с помощью инженерии деформации и элементного замещения», — говорит Томас Шиелл, автор исследования.
«Мы могли бы потенциально использовать этот метод для создания затравочных кристаллов для выращивания больших объемов структуры 4H со свойствами, которые потенциально превосходят свойства алмазного кремния».
Еще неизвестно, какие именно приложения может открыть новая кремниевая структура, но исследователи говорят, что это может привести к улучшениям в таких компонентах, как транзисторы — основа для электронных устройств — или фотоэлектрических энергетических системах.
Исследование было опубликовано в журнале Physical Review Letters.