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二號站登錄測速具有六邊形結構的新型硅晶體可以實現下一代電子和能源設備

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由卡內基的 Thomas Shiell 和 Timothy Strobel 領導的一個團隊開發了一種新方法,用于合成具有六邊形結構的新型硅晶體形式,該方法有可能用于制造具有增強性能的下一代電子和能源設備。

他們的工作發表在《物理評論快報》上。

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垂直于六邊形軸觀察的 4H-Si 結構的可視化。顯示堆疊順序的透射電子顯微照片顯示在背景中。

硅在人類生活中發揮著巨大的作用。它是地殼中含量第二豐富的元素。當與二號站登陸測速鏈接他元素混合時,它對許多建筑和基礎設施項目至關重要。在純元素形式中,美國歷史悠久的技術中心——加利福尼亞的硅谷——的綽號是為了紀念它,這一點對于計算來說已經足夠重要了。

與所有元素一樣,硅可以采用不同的晶體形式,稱為同素異形體,就像軟石墨和超硬金剛石都是碳的形式一樣。電子設備(包括計算機和太陽能電池板)中最常用的硅形式與金剛石具有相同的結構。盡管它無處不在,但這種形式的硅實際上并未完全針對下一代應用進行優化,包括高性能晶體管和一些光伏設備。

雖然理論上可能存在許多具有增強物理性質的不同硅同素異形體,但由于缺乏目前可用的已知合成途徑,因此在實踐中只存在少數幾種。

Strobel 的實驗室此前曾開發出一種革命性的新型硅,稱為 Si24,它具有由一系列一維通道組成的開放框架。在這項新工作中,Shiell 和 Strobel 領導的團隊使用 Si24 作為多階段合成途徑的起點,產生了一種稱為 4H-硅的高度取向晶體,以六邊形結構中的四個重復層命名。

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對六方硅的興趣可以追溯到 1960 年代,因為可調電子特性的可能性,這可以提高立方體以外的性能,Strobel 解釋說。

之前已經合成了六方形式的硅,但只能通過薄膜的沉積或作為與無序材料共存的納米晶體來合成。新展示的 Si24 途徑產生了第一個高質量的塊狀晶體,作為未來研究活動的基礎。

使用稱為 PALLAS 的高級計算工具,該工具之前由團隊成員開發,用于預測結構轉變路徑——例如水在加熱時如何變成蒸汽或在凍結時如何變成冰——該小組能夠理解從 Si24 到 4H 的轉變機制-Si,以及允許保留高度取向的產品晶體的結構關系。

除了擴大我們對新結構合成的基本控制之外,塊狀 4H 硅晶體的發現為通過應變工程和元素替代調整光學和電子特性的令人興奮的未來研究前景打開了大門,Shiell 說,我們可能會使用這種方法來制造晶種,以生長大量 4H 結構,二號站登陸測速鏈接特性可能超過金剛石硅。


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