新型硅材料结构与石墨烯相似，或用于制造下一代电子设备

由卡内基大学的托马斯·谢尔和蒂莫西·斯特罗贝尔领导的一个团队开发了一种新的方法，可以合成一种具有六方结构的新型结晶型硅，这种方法可能被用来制造下一代电子和能源设备，其性能比目前使用的普通立方硅更强。

他们的研究发表在“物理评论快报”上。

硅在人类生活中扮演着非常重要的角色。它是地壳中第二丰富的元素。与其他元素混合可以制造玻璃、水泥，对于许多建筑和基础设施项目来说是必不可少的。在纯粹的元素形式下，硅可以制造计算机使用的半导体，美国的科技中心-加利福尼亚州硅谷的命名就是用来表彰它。

像所有元素一样，硅可以有不同的晶体形式，称为同素异形体，就像软石墨和超硬钻石都是碳的形式一样。在包括计算机和太阳能电池板在内的电子设备中最常用的硅的形式与钻石具有相同的结构。尽管这种形式的硅无处不在，但对于包括高性能晶体管和一些光伏设备在内的下一代应用来说，它实际上并没有完全优化。

虽然许多不同的硅同素异形体具有增强的物理性能在理论上是可能的，但由于缺乏目前可访问的已知合成途径，在实践中只存在少数同素异形体。

垂直于六角轴观察的4H-Si结构

斯特罗贝尔的实验室之前开发了一种革命性的新型硅，名为Si24，它有一个由一系列一维通道组成的开放框架。在这项新工作中，Shiell和Strobel领导的团队使用Si24作为多阶段合成途径的起点，这种合成途径产生了一种名为4H-Si的高度定向晶体，这种晶体因其在六角形结构中的四层重复而得名。

斯特罗贝尔解释说：“人们对六角硅的兴趣可以追溯到20世纪60年代，因为它可能具有可调的电子特性，可以提高立方体以外的性能。”

虽然此前已经能合成六角形的硅，但只能通过沉积薄膜的方法制备或作为纳米晶与无序材料共存。而新的合成途径能首次生产高质量的块状晶体，以作为未来研究活动的基础。

使用名为Pallas的先进计算工具，研究小组能够像理解水如何变成水蒸气或水如何结冰那样，理解Si24到4H-Si的转变机制，以及弄清高度取向晶体的结构关系，以便于保存产品。

谢尔说：“我们将扩大新结构合成的控制，块状4H-Si晶体有广阔的研究前景，可调节光学和电子性能。”“我们可能会用这种方法来创造晶种，来生产大量的4H结构，其性能可能会超过钻石型硅。”

编辑：新材料研习社

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