Uma equipe liderada por Thomas Shiell e Timothy Strobel da Carnegie desenvolveu um novo manãtodo para sintetizar uma nova forma cristalina de sila­cio com uma estrutura hexagonal que poderia ser usada para criar dispositivos eletra´nicos e de energia de próxima geração com propriedades aprimoradas que excedem as do "normal "forma caºbica de sila­cio usada hoje.

Seu trabalho foi publicado na Physical Review Letters .

O sila­cio desempenha um papel desproporcional na vida humana. a‰ o segundo elemento mais abundante na crosta terrestre. Quando misturado com outros elementos, éessencial para muitos projetos de construção e infraestrutura. E na forma elementar pura, écrucial o suficiente para a computação que o centro tecnola³gico de longa data dos Estados Unidos - o Vale do Sila­cio da Califórnia - tenha sido apelidado em homenagem a ele.

Como todos os elementos, o sila­cio pode assumir diferentes formas cristalinas, chamadas ala³tropos, da mesma forma que a grafite macia e o diamante superduro são ambas formas de carbono. A forma de sila­cio mais comumente usada em dispositivos eletra´nicos , incluindo computadores e painanãis solares, tem a mesma estrutura do diamante. Apesar de sua onipresena§a, essa forma de sila­cio não étotalmente otimizada para aplicações de próxima geração, incluindo transistores de alto desempenho e alguns dispositivos fotovoltaicos.

Embora muitos ala³tropos de sila­cio diferentes com propriedades físicas aprimoradas sejam teoricamente possa­veis, apenas alguns existem na prática , dada a falta de vias sintanãticas conhecidas que estãoatualmente acessa­veis.

O laboratório de Strobel já havia desenvolvido uma nova forma revoluciona¡ria de sila­cio, chamada Si 24 , que possui uma estrutura aberta composta por uma sanãrie de canais unidimensionais. Neste novo trabalho, Shiell e Strobel lideraram uma equipe que usou Si 24 como o ponto de partida em uma via de sa­ntese de vários esta¡gios que resultou em cristais altamente orientados em uma forma chamada 4H-sila­cio, nomeada por suas quatro camadas repetidas em uma estrutura hexagonal .

"O interesse pelo sila­cio hexagonal remonta a  década de 1960, devido a  possibilidade de propriedades eletra´nicas ajusta¡veis, que poderiam melhorar o desempenho além da forma caºbica", explicou Strobel.

Formas hexagonais de sila­cio já foram sintetizadas anteriormente, mas apenas por meio da deposição de filmes finos ou como nanocristais que coexistem com material desordenado. A via de Si 24 recentemente demonstrada produz os primeiros cristais de alta qualidade a granel que servem como base para futuras atividades de pesquisa.

Usando a ferramenta de computação avana§ada chamada PALLAS, que foi desenvolvida anteriormente por membros da equipe para prever os caminhos de transição estrutural - como como a águase transforma em vapor quando aquecida ou gelo quando congelada - o grupo foi capaz de entender o mecanismo de transição de Si 24 para 4 H - Si, e a relação estrutural que permite a preservação de cristais de produto altamente orientados.

"Além de expandir nosso controle fundamental sobre a sa­ntese de novas estruturas, a descoberta de cristais de sila­cio 4H em massa abre a porta para perspectivas de pesquisas futuras interessantes para ajustar as propriedades a³pticas e eletra´nicas por meio de engenharia de deformação e substituição elementar", disse Shiell. "Podera­amos potencialmente usar este manãtodo para criar cristais de semente para fazer crescer grandes volumes da estrutura 4H com propriedades que potencialmente excedem as do sila­cio de diamante."