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性能优异!高质量新型六边形硅诞生,有望催生下一代电子与能源设备

前瞻网    2021-06-11 08:53

硅可以有不同的晶体形式,称为同素异形体,就像软石墨和超硬金刚石都是碳的形式一样。

硅最常用于电子设备,包括电脑和太阳能电池板,其结构与钻石相同。尽管它无处不在,这种形式实际上并没有完全优化下一代应用,包括高性能晶体管和一些光伏设备。

虽然许多具有增强物理性质的不同硅同素异形体,在理论上是可能的。但由于目前缺乏已知的合成途径,实际存在的仅有少数。

来自卡内基科学研究所、RMIT大学和澳大利亚国立大学的一个研究小组,使用最近发现的单晶同素异形体硅(Si24)合成了一种新的六方结构硅——4H六方硅(4H- si),突破了新的挑战,并有望催生下一代电子与能源设备。

性能优异!高质量新型六边形硅诞生,有望催生下一代电子与能源设备

在这项新研究中,他们将Si24作为一个多阶段合成途径的起点,该合成途径产生高度定向的4H-Si晶体——它拥有4层重复的六边形结构。

以前已经合成过六方形式的硅,但只能通过沉积薄膜或与无序材料共存的纳米晶体。而新的Si24途径,产生了第一个高质量的大块晶体,作为未来研究活动的基础。

通过使用名为PALLAS的高级计算工具,科学家们能够理解Si24到4H-Si的过渡机制,以及允许高度定向的产品晶体保存的结构关系。

最终,科学家们有可能使用这种方法来创建种子晶体,以生长大量的4H结构,其性能可能超过金刚石硅。

这项研究日前发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上,题为“Bulk Crystalline 4H-Silicon through a Metastable Allotropic Transition”。

译/前瞻经济学人APP资讯组

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