Le ultime generazioni di chip per computer misurano solo pochi nanometri e stanno diventando sempre più efficienti e potenti grazie alla progressiva miniaturizzazione. Poiché i processi di attacco tradizionalmente utilizzati nella produzione di chip stanno raggiungendo sempre più i loro limiti, lo sviluppo di nuovi, materiali semiconduttori nanostrutturati è essenziale. Tali nano semiconduttori svolgono anche un ruolo centrale nella conversione dell'elettricità in luce e viceversa.

Un team della Goethe University di Francoforte guidato da Matthias Wagner è ora riuscito a sintetizzare nano "sfere" molecolari composte da 20 atomi di silicio, cosiddetti silafullerani. La seconda nuova classe di materiali è costituita da blocchi di cristallo costituiti da 10 atomi di silicio e germanio che hanno una struttura simile al diamante. Informazioni decisive sulle strutture elettroniche dei nuovi composti sono state fornite da analisi teoriche basate su computer dal gruppo di ricerca di Stefan Grimme a Bonn.

I 20 atomi di silicio del silafullerano formano un dodecaedro, un corpo composto da pentagoni regolari. Incapsula uno ione cloruro. Un atomo di idrogeno sporge verso l'esterno ad ogni angolo di silicio del corpo. Il dottorando Marcel Bamberg, chi ha sintetizzato la molecola, spiega:"Il nostro silafullerano è il progenitore a lungo cercato di questa nuova classe di sostanze. Gli atomi di idrogeno possono essere facilmente sostituiti con gruppi funzionali, dando così al silafullerano proprietà diverse." Il chimico quantistico di Bonn Markus Bursch aggiunge:"Sosteniamo la generazione mirata di proprietà potenzialmente utili con previsioni teoriche dei loro effetti risultanti".

L'adamantano silicio-germanio rappresenta l'elemento costitutivo di una lega mista silicio-germanio. Benedikt Köstler, che sta sviluppando i composti come parte della sua tesi di dottorato, afferma che "studi recenti hanno dimostrato che le leghe di silicio-germanio sono superiori ai semiconduttori di silicio puro in importanti aree di applicazione. Tuttavia, la produzione di tali leghe è molto difficile e spesso si ottengono miscele di diversa composizione. Siamo riusciti a sviluppare un semplice percorso di sintesi per il blocco costitutivo di base delle leghe silicio-germanio. Il nostro adamantano silicio-germanio consente quindi lo studio di importanti proprietà chimiche e fisiche delle leghe silicio-germanio sul modello molecolare. Vogliamo anche usarlo in futuro per produrre leghe di silicio-germanio con strutture cristalline impeccabili".

Carbonio, che è chimicamente molto simile agli elementi silicio e germanio, si presenta in forme paragonabili alle due nuove classi di sostanze:Sfere cave di atomi di carbonio ("fullereni") corrispondono a silafullerani, e i diamanti costituiti da carbonio sono composti da subunità di adamantano. Tra l'altro, i fullereni aumentano l'efficienza delle celle solari organiche, potrebbe rendere più sicure le batterie delle auto elettriche, e promettono progressi nella superconduttività ad alta temperatura. I nanodiamanti hanno anche una vasta gamma di applicazioni, dai prodotti farmaceutici alla ricerca sulla catalisi.

Contro questo sfondo, i ricercatori di Francoforte e Bonn sono entusiasti di vedere in quali campi si stabiliranno i loro silafullerani e adamantani di silicio-germanio. Matthias Wagner afferma:"È già possibile generare luce in tutti i colori dello spettro visibile con silicio nanostrutturato e germanio sotto forma di punti quantici, e questo è in fase di test per i display di computer e telefoni cellulari, così come nelle telecomunicazioni. Oltre al potenziale chimico-tecnico, Personalmente sono affascinato dall'elevata simmetria dei nostri composti:ad esempio, il nostro silafullerane è uno dei cinque solidi platonici e possiede una bellezza senza tempo."