Un equipo del Instituto de Física Kirensky (rama siberiana de la Academia de Ciencias de Rusia) junto con colegas de la Universidad Federal de Siberia han ofrecido un enfoque para la síntesis controlada de películas delgadas de siliciuro de manganeso semiconductoras superiores. Las películas se pueden utilizar en convertidores termoeléctricos y otros dispositivos. El equipo también sugirió otras áreas de aplicación para estos materiales. Los resultados del trabajo fueron publicados en Revista de ciencia de materiales .

Los siliciuros de manganeso más altos (MnSi ~ 1.75) son un grupo de compuestos de manganeso y silicio con una estructura cristalina exótica llamada "escalera de chimenea". Los átomos de manganeso forman la propia chimenea, y el silicio tiene una forma similar a las hélices. Los compuestos atribuidos a este grupo se diferencian entre sí por el giro de las hélices. En Mn ₄ Si ₇ , el miembro más famoso del grupo, el manganeso está menos retorcido que en las otras 11 fases conocidas. Todavía, Se desconoce el máximo de torsión de las hélices en tal estructura, así como los medios de síntesis dirigida de una estructura particular perteneciente al grupo.

También existe una ambigüedad en sus propiedades físicas. Para llevar a cabo la síntesis dirigida de diferentes fases de siliciuros de alto contenido de manganeso sobre un sustrato de silicio, que se puede utilizar para convertidores termoeléctricos y fotovoltaicos, dispositivos optoelectrónicos y espintrónicos, sigue siendo bastante difícil para los científicos. Como una regla, para obtener películas delgadas de siliciuro de manganeso más alto, se colocan manganeso y silicio sobre el sustrato de silicio, y después, el sistema está recocido. En esta condición, Los átomos de silicio se difunden desde el sustrato de silicio a la zona de reacción y pueden cambiar la secuencia de formación de fase drásticamente, ya que la cantidad de silicio en diferentes fases de siliciuro de manganeso superior varía en menos del 1 por ciento. Debido a tal difusión, es imposible obtener una fase de siliciuro de manganeso deseable sobre un sustrato de silicio simplemente colocando la cantidad requerida de manganeso y silicio, y luego calentar el sistema. Los átomos de silicio del sustrato de silicio cambian incontrolablemente el contenido de silicio en la película. El equipo tuvo como objetivo resolver este problema durante el estudio.

Se seleccionaron dos fases de siliciuros de manganeso superiores para la síntesis dirigida:Mn ₄ Si ₇ con lo mínimo y Mn ₁₇ Si ₃₀ con las hélices más retorcidas. Como la mayoría de los siliciuros de manganeso más conocidos, la primera fase tiene conducción tipo p. Cuando la sustancia se calienta, sus enlaces covalentes están distorsionados, y los electrones libres comienzan a moverse. Esto crea agujeros que se mueven en dirección opuesta a la de los electrones. La segunda fase muestra conducción de tipo n. En este caso, los electrones libres son los portadores de carga.

"En este trabajo, utilizamos un enfoque inusual para la síntesis de muestras. Asumimos que si los siliciuros de manganeso más altos se forman incontrolablemente a partir de la mezcla amorfa, su formación a partir de mezclas de fases de otros siliciuros de manganeso con mayor contenido de manganeso también diferirá para las diferentes fases. Cualesquiera que sean los elementos de la base de silicona, un compuesto de la familia de siliciuros de manganeso superior siempre será la última etapa. Habiendo realizado algunos cálculos termodinámicos simples, Descubrimos lo que se debe colocar en la base para Mn. ₄ Si ₇ y Mn ₁₇ Si ₃₀ fases para formar, "explicó el coautor Ivan Tarasov, becario de investigación en el laboratorio de física de fenómenos magnéticos, Instituto de Física Kirensky (rama siberiana de la Academia de Ciencias de Rusia).

Los científicos decidieron implementar esta idea y obtuvieron las estructuras específicas. Después, también se estudiaron sus propiedades físicas. La conductividad de tipo n de Mn ₁₇ Si ₃₀ no fue confirmado. Los cálculos teóricos mostraron que la razón podría ser las vacantes de silicio, es decir, la ausencia de átomos en los lugares donde se espera que estén en el Mn ₁₇ Si ₃₀ estructura cristalina. El equipo registró la mayor movilidad del portador de carga en películas de siliciuro de manganeso con un alto contenido de manganeso.

"Después de estudiar las propiedades de la nueva fase de siliciuro de manganeso superior obtuvimos resultados bastante interesantes. Lo más importante, el enfoque que desarrollamos para sintetizar tales películas demostró ser efectivo. En el futuro, lo mejoraremos para obtener diferentes siliciuros con las propiedades requeridas para su uso en dispositivos termoeléctricos y fotovoltaicos reales, "concluyó el coautor Anton Tarasov, profesor titular de la Universidad Federal de Siberia.