Sarebbe difficile sopravvalutare l'importanza del silicio quando si tratta di informatica, energia solare, e altre applicazioni tecnologiche. (Per non parlare del fatto che costituisce un'enorme quantità di crosta terrestre.) Eppure c'è ancora così tanto da imparare su come sfruttare le capacità dell'elemento numero quattordici.

La forma più comune di silicio cristallizza nella stessa struttura del diamante. Ma altre forme possono essere create utilizzando diverse tecniche di elaborazione. Nuovo lavoro condotto da Tim Strobel di Carnegie e pubblicato su Lettere di revisione fisica mostra che una forma di silicio, chiamato Si-III (o talvolta BC8), che viene sintetizzato mediante un processo ad alta pressione, è quello che viene chiamato un semiconduttore a banda stretta.

Cosa significa e perché è importante?

I metalli sono composti in grado di condurre il flusso di elettroni che costituisce una corrente elettrica, e gli isolanti sono composti che non conducono affatto corrente. semiconduttori, che sono ampiamente utilizzati nei circuiti elettronici, possono avere la loro conduttività elettrica attivata e disattivata, una capacità ovviamente utile. Questa capacità di commutare la conduttività è possibile perché alcuni dei loro elettroni possono spostarsi da stati isolanti a energia inferiore a stati conduttivi a energia più elevata quando sottoposti a un input di energia. L'energia necessaria per iniziare questo salto è chiamata band gap.

La forma simile al diamante del silicio è un semiconduttore e altre forme note sono metalli, ma le vere proprietà del Si-III sono rimaste sconosciute fino ad ora. Precedenti ricerche sperimentali e teoriche suggerivano che il Si-III fosse un metallo con scarsa conduzione senza band gap, ma nessun gruppo di ricerca era stato in grado di produrre un campione puro e abbastanza grande per esserne sicuro.

Sintetizzando puro, campioni sfusi di Si-III, Strobel e il suo team sono stati in grado di determinare che il Si-III è in realtà un semiconduttore con una banda proibita estremamente stretta, più stretto del gap di banda dei cristalli di silicio simili al diamante, che è il tipo più comunemente utilizzato. Ciò significa che il Si-III potrebbe avere usi oltre la già piena lista di applicazioni per le quali il silicio è attualmente utilizzato. Con la disponibilità di campioni puri, il team è stato in grado di caratterizzare completamente l'elettronica, ottico, e proprietà di trasporto termico di Si-III per la prima volta.

"Storicamente, il corretto riconoscimento del germanio come semiconduttore al posto del metallo che un tempo si credeva fosse stato veramente aiutato ad avviare l'era moderna dei semiconduttori; allo stesso modo, la scoperta delle proprietà semiconduttive del Si-III potrebbe portare a un progresso tecnologico imprevedibile, " ha osservato l'autore principale, Haidong Zhang di Carnegie. "Per esempio, le proprietà ottiche del Si-III nella regione dell'infrarosso sono particolarmente interessanti per future applicazioni plasmoniche".