ธาตุซิลิคอน

งานของพวกเขาได้รับการตีพิมพ์ในจดหมายทบทวนทางกายภาพ ซิลิคอนมีบทบาทสำคัญต่อชีวิตมนุษย์ เป็นธาตุที่มีมากเป็นอันดับสองในเปลือกโลก เมื่อผสมกับองค์ประกอบอื่น ๆ จึงเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับโครงการก่อสร้างและโครงสร้างพื้นฐานจำนวนมาก และในรูปแบบองค์ประกอบบริสุทธิ์ ก็มีความสำคัญมากพอในการคำนวณว่าศูนย์กลางทางเทคโนโลยีอันยาวนานของสหรัฐอเมริกา - ซิลิคอนแวลลีย์ในแคลิฟอร์เนีย - มีชื่อเล่นเพื่อเป็นเกียรติแก่มัน เช่นเดียวกับองค์ประกอบทั้งหมด ซิลิคอนสามารถมีรูปแบบผลึกที่แตกต่างกันซึ่งเรียกว่า allotropes ในลักษณะเดียวกับที่กราไฟต์อ่อนและเพชรที่แข็งมากเป็นคาร์บอนทั้งสองรูปแบบ รูปแบบของซิลิคอนที่ใช้บ่อยที่สุดในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ รวมถึงคอมพิวเตอร์และแผงเซลล์แสงอาทิตย์ มีโครงสร้างเหมือนกับเพชร แม้จะมีอยู่ทั่วไป แต่ซิลิคอนรูปแบบนี้ยังไม่ได้รับการปรับให้เหมาะสมที่สุดสำหรับการใช้งานในยุคหน้า รวมถึงทรานซิสเตอร์ประสิทธิภาพสูงและอุปกรณ์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์บางประเภท ในขณะที่ ซิลิคอน allotropes ที่แตกต่างกันจำนวนมากที่มีคุณสมบัติทางกายภาพที่ปรับปรุงแล้วนั้นเป็นไปได้ในทางทฤษฎี แต่มีเพียงไม่กี่แห่งเท่านั้นที่มีอยู่ในทางปฏิบัติ เนื่องจากขาดเส้นทางสังเคราะห์ที่เป็นที่รู้จักซึ่งสามารถเข้าถึงได้ในปัจจุบัน ก่อนหน้านี้ ห้องทดลองของ Strobel ได้พัฒนาซิลิคอนรูปแบบใหม่ที่เรียกว่า Si24 ซึ่งมีเฟรมเวิร์กแบบเปิดที่ประกอบด้วยชุดช่องสัญญาณหนึ่งมิติ ในผลงานชิ้นใหม่นี้ Shiell และ Strobel นำทีมที่ใช้ Si24 เป็นจุดเริ่มต้นในเส้นทางการสังเคราะห์แบบหลายขั้นตอน ซึ่งส่งผลให้ได้ผลึกที่มีความเข้มข้นสูงในรูปแบบที่เรียกว่า 4H-silicon ซึ่งตั้งชื่อตามชั้นที่ซ้ำกันสี่ชั้นในโครงสร้างหกเหลี่ยม "ความสนใจในซิลิกอนหกเหลี่ยมย้อนกลับไปในทศวรรษที่ 1960 เนื่องจากความเป็นไปได้ของคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ที่ปรับค่าได้ ซึ่งสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานที่เหนือกว่ารูปแบบลูกบาศก์" Strobel อธิบาย ก่อนหน้านี้มีการสังเคราะห์ซิลิคอนรูปแบบหกเหลี่ยม แต่ผ่านการทับถมของฟิล์มบาง ๆ หรือเป็นผลึกนาโนที่อยู่ร่วมกับวัสดุที่ไม่เป็นระเบียบเท่านั้น เส้นทาง Si24 ที่เพิ่งสาธิตใหม่นี้สร้างผลึกจำนวนมากคุณภาพสูงเป็นครั้งแรก ซึ่งทำหน้าที่เป็นพื้นฐานสำหรับกิจกรรมการวิจัยในอนาคต การใช้เครื่องมือคอมพิวเตอร์ขั้นสูงที่เรียกว่า PALLAS ซึ่งก่อนหน้านี้พัฒนาโดยสมาชิกในทีมเพื่อทำนายเส้นทางการเปลี่ยนแปลงของโครงสร้าง เช่น การที่น้ำกลายเป็นไอน้ำเมื่อได้รับความร้อนหรือน้ำแข็งเมื่อถูกแช่แข็ง กลุ่มสามารถเข้าใจกลไกการเปลี่ยนแปลงจาก Si24 เป็น 4H -Si และความสัมพันธ์เชิงโครงสร้างที่ช่วยให้สามารถรักษาผลึกผลิตภัณฑ์ที่มุ่งเน้นในระดับสูงได้ "นอกเหนือจากการขยายการควบคุมพื้นฐานของเราในการสังเคราะห์โครงสร้างใหม่แล้ว การค้นพบผลึกซิลิกอน 4H จำนวนมากเปิดประตูสู่โอกาสการวิจัยที่น่าตื่นเต้นในอนาคตสำหรับการปรับคุณสมบัติทางแสงและอิเล็กทรอนิกส์ผ่านวิศวกรรมความเครียดและการแทนที่ธาตุ" ชิลล์กล่าว "เราอาจใช้วิธีนี้ในการสร้างผลึกเมล็ดเพื่อขยายโครงสร้าง 4H ในปริมาณมาก โดยมีคุณสมบัติที่อาจเหนือกว่าไดมอนด์ซิลิกอน"