NIMS en het Tokyo Institute of Technology hebben samen ontdekt dat de chemische verbinding Ca ₃ SiO is een directe overgangshalfgeleider, waardoor het een potentieel veelbelovende component voor infrarood-LED's en infrarooddetectoren is. Deze verbinding, bestaande uit calcium, silicium en zuurstof - is goedkoop te produceren en niet giftig. Veel van de bestaande infrarood halfgeleiders bevatten giftige chemische elementen, zoals cadmium en tellurium. Ca ₃ SiO kan worden gebruikt om goedkopere en veiligere nabij-infraroodhalfgeleiders te ontwikkelen.

Infraroodgolflengten worden voor veel doeleinden gebruikt, inclusief glasvezelcommunicatie, fotovoltaïsche stroomopwekking en nachtzichtapparaten. Bestaande halfgeleiders die infrarode straling kunnen uitzenden (d.w.z. halfgeleiders met directe overgang) bevatten giftige chemische verbindingen, zoals kwik-cadmiumtelluride en galliumarsenide. Infraroodhalfgeleiders die vrij zijn van giftige chemische elementen zijn over het algemeen niet in staat om infraroodstraling uit te zenden (d.w.z. halfgeleiders met indirecte overgang). Het is wenselijk om hoogwaardige infraroodapparaten te ontwikkelen met niet-giftige, directe overgang halfgeleiders met een band gap in het infraroodbereik.

conventioneel, de halfgeleidende eigenschappen van materialen, zoals energiebandkloof, zijn gecontroleerd door twee chemische elementen te combineren die zich aan de linker- en rechterkant van groep IV-elementen bevinden, zoals III en V of II en VI. In deze conventionele strategie energiebandafstand wordt kleiner door zwaardere elementen te gebruiken:bijgevolg deze strategie heeft geleid tot de ontwikkeling van halfgeleiders met directe overgang die zijn samengesteld uit toxische elementen, zoals kwik-cadmiumtelluride en galliumarsenide. Om infrarood halfgeleiders te ontdekken die vrij zijn van giftige elementen, deze onderzoeksgroep koos voor een onconventionele benadering:ze concentreerden zich op kristallijne structuren waarin siliciumatomen zich gedragen als vierwaardige anionen in plaats van hun normale tetravalente kationtoestand. De groep koos uiteindelijk voor oxysiliciden (bijv. Ca ₃ SiO) en oxygermaniden met een inverse perovskiet kristallijne structuur, heeft ze gesynthetiseerd, evalueerden hun fysieke eigenschappen en voerden theoretische berekeningen uit. Deze processen onthulden dat deze verbindingen een zeer kleine bandafstand van ongeveer 0,9 eV vertonen bij een golflengte van 1,4 m, wat wijst op hun grote potentieel om te dienen als directe overgangshalfgeleiders. Deze verbindingen met een kleine directe bandafstand kunnen mogelijk effectief zijn bij het absorberen, detecteren en uitzenden van lange infraroodgolflengten, zelfs wanneer ze worden verwerkt tot dunne films, waardoor ze zeer veelbelovende nabij-infrarode halfgeleidermaterialen zijn voor gebruik in infraroodbronnen (bijv. LED's) en detectoren.

In toekomstig onderzoek, we zijn van plan om infrarood-LED's met hoge intensiteit en zeer gevoelige infrarooddetectoren te ontwikkelen door deze verbindingen te synthetiseren in de vorm van grote eenkristallen, het ontwikkelen van dunnefilmgroeiprocessen en het beheersen van hun fysieke eigenschappen door doping en deze om te zetten in solide oplossingen. Als deze inspanningen vruchten afwerpen, giftige chemische elementen die momenteel in bestaande nabij-infrarode halfgeleiders worden gebruikt, kunnen worden vervangen door niet-toxische.