Las últimas generaciones de chips de computadora tienen solo unos pocos nanómetros de tamaño y cada vez ahorran más energía y son más potentes como resultado de la miniaturización progresiva. Dado que los procesos de grabado utilizados tradicionalmente en la producción de virutas están llegando cada vez más a sus límites, el desarrollo de nuevos, Los materiales semiconductores nanoestructurados son esenciales. Estos nano semiconductores también juegan un papel central en la conversión de electricidad en luz y viceversa.

Un equipo de la Universidad Goethe de Frankfurt dirigido por Matthias Wagner ha logrado sintetizar nano "esferas" moleculares compuestas por 20 átomos de silicio, los llamados silafulleranes. La segunda nueva clase de materiales son bloques de construcción de cristal hechos de 10 átomos de silicio y germanio que tienen una estructura similar a un diamante. Los análisis teóricos por computadora del grupo de investigación de Stefan Grimme en Bonn proporcionaron información decisiva sobre las estructuras electrónicas de los nuevos compuestos.

Los 20 átomos de silicio del silafullerane forman un dodecaedro, un cuerpo compuesto por pentágonos regulares. Encapsula un ion cloruro. Un átomo de hidrógeno sobresale hacia afuera en cada esquina de silicio del cuerpo. Estudiante de doctorado Marcel Bamberg, quien sintetizó la molécula, explica:"Nuestro silafullerane es el progenitor buscado durante mucho tiempo de esta nueva clase de sustancias. Los átomos de hidrógeno se pueden reemplazar fácilmente con grupos funcionales, dando así al silafullerane propiedades diferentes ". El químico cuántico de Bonn Markus Bursch añade:" Apoyamos la generación dirigida de propiedades potencialmente útiles con predicciones teóricas de sus efectos resultantes ".

El adamantano de silicio-germanio representa el componente básico de una aleación mixta de silicio-germanio. Benedikt Köstler, que está desarrollando los compuestos como parte de su tesis doctoral, dice que "estudios recientes han demostrado que las aleaciones de silicio-germanio son superiores a los semiconductores de silicio puro en áreas de aplicación importantes. Sin embargo, la producción de tales aleaciones es muy difícil y a menudo se obtienen mezclas de diferentes composiciones. Hemos logrado desarrollar una ruta de síntesis simple para el componente básico de las aleaciones de silicio-germanio. Por tanto, nuestro adamantano de silicio-germanio permite la investigación de importantes propiedades químicas y físicas de las aleaciones de silicio-germanio en el modelo molecular. También queremos usarlo en el futuro para producir aleaciones de silicio-germanio con estructuras cristalinas impecables ".

Carbón, que es químicamente muy similar a los elementos silicio y germanio, ocurre en formas comparables a las dos nuevas clases de sustancias:las esferas huecas de átomos de carbono ("fullerenos") corresponden a los silafulleranos, y los diamantes que consisten en carbono están compuestos por subunidades de adamantano. Entre otras cosas, Los fullerenos aumentan la eficiencia de las células solares orgánicas. podría hacer que las baterías de los coches eléctricos sean más seguras, y prometen avances en la superconductividad de alta temperatura. Los nanodiamantes también tienen una amplia gama de aplicaciones, desde productos farmacéuticos hasta investigación de catálisis.

Sobre este trasfondo, los investigadores de Frankfurt y Bonn están emocionados de ver en qué campos se establecerán sus silafulleranes y adamantanos de silicio-germanio. Matthias Wagner dice:"Ya es posible generar luz en todos los colores del espectro visible con silicio nanoestructurado y germanio en forma de puntos cuánticos, y esto se está probando para pantallas de computadoras y teléfonos móviles, así como en telecomunicaciones. Aparte del potencial químico-técnico, Personalmente, estoy fascinado por la alta simetría de nuestros compuestos:por ejemplo, nuestro silafullerane es uno de los cinco sólidos platónicos y posee una belleza atemporal ".