Forskere bruger SLAC instrument til at lære, hvad der sker silicium under intenst pres

Forskere brugte Linac Coherent Light Source (LCLS) røntgenlaser ved Department of Energy's SLAC National Accelerator Laboratory til at undersøge, hvordan rent silicium opfører sig under stærkt tryk. Deres arbejde kunne åbne døren til design af næste generations energilagringsmaterialer og højteknologiske enheder, der er i stand til at fungere pålideligt selv i ekstremt barske miljøer.

For bedre at forstå siliciums elektroniske struktur brugte forskerne røntgenlaseren ved LCLS's Matter in Extreme Conditions-instrument til at udsætte en prøve for tryk, der er over fem millioner gange mere ekstreme end Jordens atmosfæriske tryk. De observerede, hvordan tryk forårsager ændringer på atomær skala og målte, hvordan sådanne ændringer påvirker siliciums optiske og elektroniske egenskaber.

Silicium, en af ​​de mest kendte halvledere og "rygraden" i nutidens teknologi, bliver en nyttig elektrisk leder under specifikke forhold; Forskere havde ikke tidligere set siliciums optiske egenskaber ved det højeste tryk opnået i denne undersøgelse.

Selvom det stadig er et metal - hvilket betyder, at det opfører sig både optisk og elektrisk som de fleste traditionelle metaller - ligner de elektroniske strukturer i dets krystallinske struktur de stærkt retningsbestemte bindinger, der typisk vises af halvledere. Deres observationer fremhævede også siliciums exceptionelle mekaniske styrke:Selv ved de enorme tryk, der nåedes, var dens struktur kun blevet minimalt modificeret fra det originale "ideelle" gitter dannet af enkelte, rene siliciumkrystaller. Efterhånden som forskere skubber forståelsen af ​​materialer endnu længere, fremhævede forskerne, at yderligere indsigt vil hjælpe forskere med at forudsige endnu bedre, hvordan halvleder elektroniske, optiske og materialeegenskaber kan tunes via teknik og præcis syntese, efterhånden som vi vil få en stadig mere detaljeret viden om hvordan deres grundlæggende fysiske strukturer påvirkes af at ændre deres atomgeometri via påførte kræfter (f.eks. tryk)."