Het zou moeilijk zijn om het belang van silicium te overschatten als het gaat om computers, zonne energie, en andere technologische toepassingen. (Om nog maar te zwijgen van het feit dat het een enorm groot deel van de aardkorst uitmaakt.) Toch valt er nog zoveel te leren over hoe je de mogelijkheden van element nummer veertien kunt benutten.

De meest voorkomende vorm van silicium kristalliseert in dezelfde structuur als diamant. Maar met andere verwerkingstechnieken kunnen ook andere vormen worden gemaakt. Nieuw werk onder leiding van Carnegie's Tim Strobel en gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven laat zien dat een vorm van silicium, genaamd Si-III (of soms BC8), die wordt gesynthetiseerd met behulp van een hogedrukproces, is wat een halfgeleider met smalle bandafstand wordt genoemd.

Wat betekent dit en waarom is het belangrijk?

Metalen zijn verbindingen die in staat zijn om de stroom van elektronen te geleiden die een elektrische stroom vormen, en isolatoren zijn verbindingen die helemaal geen stroom geleiden. Halfgeleiders, die op grote schaal worden gebruikt in elektronische circuits, kunnen hun elektrische geleidbaarheid in- en uitschakelen - een duidelijk nuttige mogelijkheid. Dit vermogen om de geleidbaarheid om te schakelen is mogelijk omdat sommige van hun elektronen van een lagere energie-isolatietoestand naar een hogere energie-geleidende toestand kunnen gaan wanneer ze worden onderworpen aan een invoer van energie. De energie die nodig is om deze sprong te starten, wordt een band gap genoemd.

De diamantachtige vorm van silicium is een halfgeleider en andere bekende vormen zijn metalen, maar de ware eigenschappen van Si-III bleven tot nu toe onbekend. Eerder experimenteel en theoretisch onderzoek suggereerde dat Si-III een slecht geleidend metaal was zonder een band gap, maar geen enkel onderzoeksteam was in staat geweest om een ​​zuiver en groot genoeg monster te produceren om zeker te zijn.

Door puur te synthetiseren, bulkmonsters van Si-III, Strobel en zijn team konden vaststellen dat Si-III eigenlijk een halfgeleider is met een extreem smalle bandafstand, smaller dan de band gap van diamantachtige siliciumkristallen, wat de meest gebruikte soort is. Dit betekent dat Si-III toepassingen zou kunnen hebben die verder gaan dan de toch al volledige reeks toepassingen waarvoor silicium momenteel wordt gebruikt. Met de beschikbaarheid van zuivere monsters, het team was in staat om de elektronische, optisch, en thermische transporteigenschappen van Si-III voor de eerste keer.

"Historisch, de juiste herkenning van germanium als halfgeleider in plaats van het metaal waarvan ooit algemeen werd aangenomen dat het echt hielp om het moderne halfgeleidertijdperk te beginnen; evenzo, de ontdekking van halfgeleidende eigenschappen van Si-III kan leiden tot onvoorspelbare technologische vooruitgang, " merkte hoofdauteur op, Carnegies Haidong Zhang. "Bijvoorbeeld, de optische eigenschappen van Si-III in het infraroodgebied zijn bijzonder interessant voor toekomstige plasmonische toepassingen."