Il germanio potrebbe non essere un nome familiare come il silicio, il suo compagno di gruppo sulla tavola periodica, ma ha un grande potenziale per l'uso nell'elettronica di prossima generazione e nella tecnologia energetica.

Di particolare interesse sono le forme di germanio che possono essere sintetizzate in laboratorio in condizioni di pressione estrema. Però, una delle forme più promettenti di germanio per applicazioni pratiche, chiamato ST12, è stato creato solo in campioni di piccole dimensioni, troppo piccoli per confermare definitivamente le sue proprietà.

"I tentativi di definire sperimentalmente o teoricamente le caratteristiche del germanio ST12 hanno prodotto risultati estremamente vari, soprattutto in termini di conducibilità elettrica, " disse Zhisheng Zhao di Carnegie, il primo autore di un nuovo articolo su questa forma di germanio.

Il gruppo di ricerca dello studio, guidato da Timothy Strobel di Carnegie, è stato in grado di creare il germanio ST12 in una dimensione del campione abbastanza grande da confermarne le caratteristiche e le proprietà utili. Il loro lavoro è pubblicato da Comunicazioni sulla natura .

"Questo lavoro sarà di interesse per una vasta gamma di lettori nel campo della scienza dei materiali, fisica, chimica, e ingegneria, " ha spiegato Haidong Zhang di Carnegie, l'autore co-protagonista.

ST12-germanio ha una struttura tetragonale:il nome ST12 significa "semplice tetragonale con 12 atomi". (Vedi illustrazione) È stato creato mettendo il germanio a circa 138 volte la normale pressione atmosferica (14 gigapascal) e poi decomprimendolo lentamente a temperatura ambiente.

I campioni millimetrici di germanio ST12 che il team ha creato erano abbastanza grandi da poter essere studiati utilizzando una varietà di tecniche spettroscopiche per confermare le sue caratteristiche a lungo dibattute.

Come i più comuni, forma cubica di diamante del germanio, hanno scoperto che ST12 è un semiconduttore con un cosiddetto gap di banda indiretto. Le sostanze metalliche conducono facilmente la corrente elettrica, mentre i materiali isolanti non conducono affatto corrente. I materiali semiconduttori mostrano una conduttività elettrica di fascia media. Quando i materiali semiconduttori sono soggetti a un input di una specifica energia, gli elettroni legati possono essere spostati a energia più alta, stati di conduzione. L'energia specifica richiesta per fare questo salto allo stato di conduzione è definita come "band gap". Mentre i materiali a banda proibita diretta possono assorbire ed emettere luce efficacemente, i materiali a banda proibita indiretti non possono.

"Il nostro team è stato in grado di quantificare il band gap ottico di ST12, in cui l'energia della luce visibile può essere assorbita dal materiale, nonché le sue proprietà elettriche e termiche, che contribuirà a definire il suo potenziale per applicazioni pratiche, " ha detto Strobel. "I nostri risultati indicano che a causa delle dimensioni del suo gap di banda, Il germanio ST12 potrebbe essere un materiale migliore per il rilevamento a infrarossi e la tecnologia di imaging rispetto alla forma cubica di diamante dell'elemento già utilizzato per questi scopi".