Способ синтезировать кремний с гексагональной структурой кристаллов

Теоретически есть возможность получить множество различных аллотропов кремния с улучшенными физическими свойствами. Однако на практике существует лишь несколько из них, так как до настоящего времени не существовало известных и доступных способов, чтобы их синтезировать

Разработан метод, позволяющий синтезировать чистый кремний с гексагональной кристаллической структурой, а не кубической, как это делают сегодня. Гексагональная форма нужна, чтобы создавать электронные и энергетические устройства следующего поколения с улучшенными свойствами. Работа опубликована в научном журнале Physical Review Letters [1].

Кремний играет огромную роль в жизни человека. Это второй по распространенности химический элемент в земной коре. В сочетании с другими элементами его используют при возведении множества инфраструктурных проектов. А в чистом виде он незаменим для электронной промышленности.

Как и все элементы, кремний может принимать различные кристаллические формы, называемые аллотропами, точно так же, как углерод может представлять собой мягкий графит или сверхтвердый алмаз. Для создания электронных устройств, включая компьютеры и солнечные батареи, используется та же структура кремния, что и алмаз.

Однако, несмотря на повсеместное ее распространение, эта форма не соответствует всем требованиям, чтобы появились технологии и устройства следующего поколения, включая высокопроизводительные транзисторы и некоторые фотоэлектрические устройства. Теоретически есть возможность получить множество различных аллотропов кремния с улучшенными физическими свойствами. Однако на практике существует лишь несколько из них, так как до настоящего времени не существовало известных и доступных способов, чтобы их синтезировать.

Ранее ученые представили революционно новую форму кремния, названную Si24, которая имеет открытый каркас, состоящий из серии одномерных каналов. В новой работе они взяли Si24 в качестве отправной точки, чтобы произвести многоступенчатый синтез, при котором появились высокоориентированные кристаллы в форме, называемой 4H-кремнием, названной так из-за четырех повторяющихся слоев в гексагональной структуре.

«Интерес к гексагональному кремнию возник еще в 1960-х годах из-за возможности настраивать электронные свойства материала, которые могли бы улучшить его характеристики». Гексагональный кремний синтезировался и ранее, но только с помощью осаждения тонких пленок в виде нанокристаллов в сочетании с неупорядоченным материалом. Новый метод позволит получить высококачественные объемные кристаллы, которые послужат основой будущих исследований.

Используя усовершенствованный вычислительный инструмент под названием PALLAS, который ранее члены научной группы применяли для прогнозирования течения структурных переходов, например, как вода становится паром при нагревании или льдом при охлаждении, они смогли понять механизм перехода от Si24 к 4H-Si, и структурные изменения, ведущие к появлению высокоориентированных кристаллов.

Ссылки: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.215701

Источник: Carnegie Institution for Science