Til e-, eller ej til e-, spørgsmålet til den eksotiske Si-III fase af silicium

Det ville være svært at overvurdere betydningen af ​​silicium, når det kommer til computere, solenergi, og andre teknologiske anvendelser. (For ikke at nævne det faktum, at det udgør en frygtelig meget af jordskorpen.) Alligevel er der stadig så meget at lære om, hvordan man kan udnytte evnerne af element nummer fjorten.

Den mest almindelige form for silicium krystalliserer i samme struktur som diamant. Men andre former kan oprettes ved hjælp af forskellige behandlingsteknikker. Nyt værk ledet af Carnegies Tim Strobel og udgivet i Fysisk gennemgangsbreve viser, at en form for silicium, kaldet Si-III (eller nogle gange BC8), som er syntetiseret ved hjælp af en højtryksproces, er det, der kaldes en smalbåndsgab-halvleder.

Hvad betyder det, og hvorfor betyder det noget?

Metaller er forbindelser, der er i stand til at lede strømmen af ​​elektroner, der udgør en elektrisk strøm, og isolatorer er forbindelser, der ikke leder nogen strøm overhovedet. Halvledere, som bruges meget i elektroniske kredsløb, kan få deres elektriske ledningsevne tændt og slukket - en åbenlyst nyttig egenskab. Denne evne til at skifte ledningsevne er mulig, fordi nogle af deres elektroner kan bevæge sig fra isolerende tilstande med lavere energi til ledende tilstande med højere energi, når de udsættes for et input af energi. Den energi, der kræves for at starte dette spring, kaldes et båndgab.

Den diamantlignende form af silicium er en halvleder, og andre kendte former er metaller, men de sande egenskaber af Si-III forblev ukendte indtil nu. Tidligere eksperimentel og teoretisk forskning antydede, at Si-III var et dårligt ledende metal uden et båndgab, men intet forskerhold havde været i stand til at producere en ren og stor nok prøve til at være sikker.

Ved at syntetisere ren, bulkprøver af Si-III, Strobel og hans team var i stand til at fastslå, at Si-III faktisk er en halvleder med et ekstremt smalt båndgab, smallere end båndgabet af diamantlignende siliciumkrystaller, som er den mest brugte slags. Dette betyder, at Si-III kan have anvendelser ud over den allerede fulde liste af applikationer, som silicium bruges til i øjeblikket. Med tilgængeligheden af ​​rene prøver, holdet var i stand til fuldt ud at karakterisere det elektroniske, optisk, og termiske transportegenskaber af Si-III for første gang.

"Historisk set, den korrekte anerkendelse af germanium som en halvleder i stedet for metallet, som det engang blev antaget for at være virkelig hjulpet til at starte den moderne halvleder-æra; tilsvarende, opdagelsen af ​​halvledende egenskaber af Si-III kan føre til uforudsigelige teknologiske fremskridt, " bemærkede hovedforfatter, Carnegies Haidong Zhang. "For eksempel, de optiske egenskaber af Si-III i det infrarøde område er særligt interessante for fremtidige plasmoniske applikationer."