一种全新的硅形式这种形式有望实现更加广泛的未来应用

他们的工作发表在NatureMaterials上。

尽管硅在当今的技术中非常普遍，但其所谓的间接带隙半导体特性使其无法被用于下一代高效应用，如发光二极管，高性能晶体管和某些光伏器件。

金属物质容易传导电流，而绝缘(非金属)材料根本不传导电流。半导体材料表现出中等范围的导电性。当半导体材料经受特定能量的输入时，束缚电子可以移动到更高能量的导电状态。使其跳跃到导通状态所需的比能被定义为“带隙”。虽然直接带隙材料可以有效地吸收和发射光，但是间接带隙材料(如金刚石结构的硅)不能。

为了使硅在新技术中更具吸引力，需要改变其间接带隙。Strobel和他的团队-卡内基的DuckYoungKim，StevceStefanoski和OleksandrKurakevych(现在在Sorbonne)-能够合成一种新的硅形式，具有准直接带隙，在所需的太阳能吸收范围内，这是前所未有的。

它们产生的硅是所谓的同素异形体，这意味着同一元素的不同物理形式，就像钻石和石墨都是碳的形式一样。与传统的金刚石结构不同，这种新的硅同素异形体由一个有趣的开放框架组成，称为沸石型结构，由具有五元，六元和八元硅环的通道组成。

他们使用新型高压前驱工艺制造了它。首先，在高压条件下形成硅和钠的化合物Na4Si24。接下来，将该化合物回收至环境压力，并通过在真空下加热完全除去钠。得到的纯硅同素异形体Si24具有理想的太阳能转换技术带隙，并且可以比传统的金刚石结构硅更有效地吸收和潜在地发射光。Si24在环境压力下稳定至至少842华氏度(450摄氏度)。

“高压前驱体合成代表了新能源材料的一个全新前沿，”斯特罗贝尔说。“使用独特的高压工具，我们可以获得具有真正潜力的新型结构来解决常备材料挑战。在这里我们展示了硅的先前未知特性，但我们的方法可以很容易地扩展到完全不同类别的材料。这些新结构保持稳定在大气压力下，所以更大规模的缩放策略可能是完全可能的。“

“这是实验和理论合作的一个很好的例子，”金说。“先进的电子结构理论和实验已经融合在一起，提供了一个具有令人振奋的前景的真实材料。我们相信高压研究可用于解决当前的能源挑战，我们现在将这项工作扩展到具有同样令人兴奋的特性的不同材料。”

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