科学家综合了一种全新的硅形式

时间：2021-09-30 17:24:59 来源：

这种新的硅藻土型同类型（沸石CAS）具有由5-，6-和8元的SP3键合硅环构成的开放式框架。图像是蒂莫西斯特罗布尔的礼貌。

使用小说高压前体进程，来自卡内基科学机构的科学家已经合成了一种全新的硅形式。

华盛顿，D.C. - 硅是地壳中的第二个最丰富的元素。纯化时，它需要一个金刚石结构，这对于现代电子设备至关重要 - 碳是生物学，因为硅是技术。由Timothy Strobel领导的卡内基科学家团队综合了一种全新的硅形式，这是一个承诺更大的未来应用。他们的工作在自然材料中发表。

尽管硅在当今技术中令人难以置信的常见，但其所谓的间接带隙半导体特性防止其考虑用于下一代的高效应用，例如发光二极管，更高性能晶体管和某些光伏器件。

金属物质容易传导电流，而绝缘（非金属）材料根本无电流。半导体材料表现出中范围的电导率。当半导体材料经受特定能量的输入时，结合的电子可以移动到更高能量的导电状态。使得这种跳跃到导电状态所需的特定能量被定义为“带隙”。虽然直接带隙材料可以有效地吸收和发光，但不能像金刚石结构硅一样吸收和发光，不能。

为了使硅更具吸引力的新技术，需要改变其间接带隙。Strobel和他的团队-Carnegie's Duck Young Kim，Stevce Stefanoski和Oleksandr KurakeVych（现在在Sorbonne） - 能够合成一种新的硅形式，具有准直接的带隙，落在所需的太阳能吸收范围内，有些东西从未实现过。

它们所产生的硅是一种所谓的同性恋者，其意味着相同元件的不同物理形式，以与钻石和石墨是碳的相同方式。与传统的金刚石结构不同，这种新的硅交络包括一个有趣的开放框架，称为沸石型结构，该结构由具有五个，六个和八元硅环的通道组成。

他们使用新型高压前体工艺创建了它。首先，在高压条件下形成硅和钠Na 4 Si 2 4的化合物。接下来，将该化合物回收到环境压力中，并通过真空加热完全除去钠。由此得到的纯硅同性恋，Si24具有用于太阳能转换技术的理想带隙，并且可以比传统的金刚石结构硅更有效地吸收和潜在地发射，并且可能发光。Si24在环境压力下稳定到至少842华氏度（450摄氏度）。

“高压前体综合代表新型能源材料的全新前沿，”讲述了斯波尔。“使用独特的高压工具，我们可以访问具有实际潜力的新型结构来解决常设材料挑战。在这里，我们展示了硅的先前未知的属性，但是我们的方法是完全不同的材料易于扩展的。这些新结构在大气压下保持稳定，因此较大体积的缩放策略可能完全可能。“

“这是实验性和理论协作的一个重要例子，”金说。“先进的电子结构理论和实验融合，以促进令人兴奋的前景。我们认为，高压研究可用于解决当前的能源挑战，我们现在将这项工作扩展到具有同样令人兴奋的物质的不同材料。“

这项工作得到了极端环境（EFREE）的支持，由美国能源部资助的极端环境（EFREE），是由美国能源部资助的能源前沿研究中心。

出版物：Duck Young Kim，等人，“硅的开放式框架交通素的合成”自然材料（2014）; DOI：10.1038 / NMAT4140

图像：蒂莫西散步

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