Các nhà khoa học thuộc Viện Khoa học Carnegie đã phát triển một phương pháp tạo ra một dạng silicon mới với cấu trúc hình lục giác độc đáo. Các nguyên tố có thể có các dạng tinh thể khác nhau được gọi là các dạng thù hình, dựa trên sự sắp xếp các nguyên tử của chúng. Chúng có thể có các tính chất khá khác nhau - ví dụ như cacbon có thể tồn tại trong các tấm hai chiều dưới dạng graphene, bó chồng các lớp của các tấm này là than chì hoặc mạng tinh thể lập phương như tinh thể kim cương.
Dạng silicon được sử dụng phổ biến nhất có cấu trúc tương tự như kim cương, nhưng các cấu trúc khác cũng có các tính chất điện hữu ích khác. Năm 2014, một nhóm nghiên cứu từ Viện Carnegie đã phát triển một loại silicon có hình dạng mới có tên là Si24 , được tạo thành từ các tấm silicon được sắp xếp thành các vòng gồm 5, 6 và 8 nguyên tử. Các khoảng trống ở giữa các vòng này có thể tạo thành các kênh một chiều cho các nguyên tử khác di chuyển qua đó, điều này có thể mở ra các ứng dụng trong việc lưu trữ hoặc lọc năng lượng.
Trong nghiên cứu mới, các nhà nghiên cứu đã phát triển một phương pháp để chuyển đổi Si 24 thành một dạng hình thù mới khác. Việc nung nóng các tinh thể Si 24 khiến các tấm mỏng sắp xếp theo hình lục giác lặp lại nhiều hơn bốn lớp, tạo ra cấu trúc mới có tên là 4H-silicon. Nhóm nghiên cứu cho biết đây là lần đầu tiên những tinh thể lớn, ổn định của loại vật liệu này được tạo ra.
Thomas Shiell cho biết: “Ngoài việc mở rộng khả năng kiểm soát cơ bản đối với việc tổng hợp các cấu trúc mới, việc phát hiện ra các tinh thể silicon 4H số lượng lớn mở ra triển vọng các nghiên cứu thú vị trong tương lai để điều chỉnh các đặc tính quang học và điện tử thông qua kỹ thuật biến dạng và thay thế nguyên tố. Tác giả khác của nghiên cứu nói “Chúng tôi có thể sử dụng phương pháp này để tạo ra các mầm tinh thể để phát triển các thể tích lớn cấu trúc 4H với các đặc tính có khả năng vượt trội so với kim cương.”
Vẫn chưa biết chính xác cấu trúc silicon mới có thể mở ra các loại ứng dụng nào, nhưng nhóm nghiên cứu nói rằng nó có thể dẫn đến những cải tiến các thành phần như bóng bán dẫn - nền tảng cho các thiết bị điện tử - hoặc hệ thống năng lượng quang điện.
Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Physical Review Letters .