Crédito:Institución Carnegie para la Ciencia
Un equipo liderado por Thomas Shiell y Timothy Strobel de Carnegie desarrolló un nuevo método para sintetizar una nueva forma cristalina de silicio con una estructura hexagonal que podría potencialmente usarse para crear dispositivos electrónicos y de energía de próxima generación con propiedades mejoradas que superan las de las "normales". "Forma cúbica de silicio utilizada en la actualidad.
Su trabajo se publica en Cartas de revisión física .
El silicio juega un papel enorme en la vida humana. Es el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre. Cuando se mezcla con otros elementos, es esencial para muchos proyectos de construcción e infraestructura. Y en pura forma elemental, Es lo suficientemente crucial para la informática que el antiguo centro tecnológico de EE. UU., Silicon Valley de California, fuera apodado en su honor.
Como todos los elementos, el silicio puede tomar diferentes formas cristalinas, llamados alótropos, de la misma manera que el grafito blando y el diamante superduro son ambas formas de carbono. La forma de silicio más utilizada en dispositivos electrónicos, incluyendo computadoras y paneles solares, tiene la misma estructura que el diamante. A pesar de su ubicuidad, esta forma de silicio en realidad no está completamente optimizada para aplicaciones de próxima generación, incluidos transistores de alto rendimiento y algunos dispositivos fotovoltaicos.
Si bien teóricamente son posibles muchos alótropos de silicio diferentes con propiedades físicas mejoradas, En la práctica, solo existen unas pocas, dada la falta de vías sintéticas conocidas que sean actualmente accesibles.
Visualización de la estructura de 4H-Si vista perpendicular al eje hexagonal. Una micrografía electrónica de transmisión que muestra la secuencia de apilamiento se muestra en el fondo. Crédito:Thomas Shiell y Timothy Strobel
El laboratorio de Strobel había desarrollado previamente una nueva forma revolucionaria de silicio, llamado Si 24 , que tiene un marco abierto compuesto por una serie de canales unidimensionales. En este nuevo trabajo, Shiell y Strobel lideraron un equipo que usó Si 24 como el punto de partida en una ruta de síntesis de múltiples etapas que resultó en cristales altamente orientados en una forma llamada 4H-silicio, llamado así por sus cuatro capas repetidas en una estructura hexagonal.
"El interés por el silicio hexagonal se remonta a la década de 1960, debido a la posibilidad de propiedades electrónicas sintonizables, lo que podría mejorar el rendimiento más allá de la forma cúbica ", explicó Strobel.
Las formas hexagonales de silicio se han sintetizado previamente, pero solo a través de la deposición de películas delgadas o como nanocristales que coexisten con material desordenado. El recién demostrado Si 24 Pathway produce la primera de alta calidad, cristales a granel que sirven de base para futuras actividades de investigación.
Usando la herramienta informática avanzada llamada PALLAS, que fue desarrollado previamente por miembros del equipo para predecir las vías de transición estructural, como cómo el agua se convierte en vapor cuando se calienta o en hielo cuando se congela, el grupo pudo comprender el mecanismo de transición de Si 24 para 4 H - Si, y la relación estructural que permite la conservación de cristales de producto altamente orientados.
"Además de ampliar nuestro control fundamental sobre la síntesis de estructuras novedosas, el descubrimiento de cristales de silicio 4H a granel abre la puerta a emocionantes perspectivas de investigación futuras para ajustar las propiedades ópticas y electrónicas a través de la ingeniería de deformaciones y la sustitución elemental, ", Dijo Shiell." Potencialmente podríamos usar este método para crear cristales semilla para hacer crecer grandes volúmenes de la estructura 4H con propiedades que potencialmente exceden las del silicio de diamante ".
