Le NIMS et le Tokyo Institute of Technology ont découvert conjointement que le composé chimique Ca 3 SiO est un semi-conducteur à transition directe, ce qui en fait une LED infrarouge potentiellement prometteuse et un composant de détecteur infrarouge. Ce composé, composé de calcium, le silicium et l'oxygène—est bon marché à produire et non toxique. De nombreux semi-conducteurs infrarouges existants contiennent des éléments chimiques toxiques, comme le cadmium et le tellure. Californie 3 SiO peut être utilisé pour développer des semi-conducteurs dans le proche infrarouge moins coûteux et plus sûrs.

Les longueurs d'onde infrarouges ont été utilisées à de nombreuses fins, y compris les communications par fibre optique, dispositifs de production d'énergie photovoltaïque et de vision nocturne. Les semi-conducteurs existants capables d'émettre un rayonnement infrarouge (c'est-à-dire, semi-conducteurs à transition directe) contiennent des composés chimiques toxiques, tels que le tellurure de mercure et de cadmium et l'arséniure de gallium. Les semi-conducteurs infrarouges exempts d'éléments chimiques toxiques sont généralement incapables d'émettre un rayonnement infrarouge (c'est-à-dire, semi-conducteurs à transition indirecte). Il est souhaitable de développer des dispositifs infrarouges performants utilisant des dispositifs non toxiques, semi-conducteurs à transition directe avec une bande interdite dans le domaine infrarouge.

Classiquement, les propriétés semi-conductrices des matériaux, comme la bande interdite énergétique, ont été contrôlés en combinant deux éléments chimiques situés à gauche et à droite des éléments du groupe IV, tels que III et V ou II et VI. Dans cette stratégie conventionnelle, la bande interdite énergétique se rétrécit en utilisant des éléments plus lourds :par conséquent, cette stratégie a conduit au développement de semi-conducteurs à transition directe composés d'éléments toxiques, tels que le tellurure de mercure et de cadmium et l'arséniure de gallium. Pour découvrir des semi-conducteurs infrarouges exempts d'éléments toxiques, ce groupe de recherche a adopté une approche non conventionnelle :ils se sont concentrés sur des structures cristallines dans lesquelles les atomes de silicium se comportent comme des anions tétravalents plutôt que comme leur état normal de cation tétravalent. Le groupe a finalement choisi des oxysilicides (par exemple, Californie 3 SiO) et des oxygermanides à structure cristalline pérovskite inverse, les a synthétisés, évalué leurs propriétés physiques et effectué des calculs théoriques. Ces procédés ont révélé que ces composés présentent une très faible bande interdite d'environ 0,9 eV à une longueur d'onde de 1,4 m, indiquant leur grand potentiel pour servir de semi-conducteurs à transition directe. Ces composés avec une petite bande interdite directe peuvent potentiellement être efficaces pour absorber, détecter et émettre de grandes longueurs d'onde infrarouges même lorsqu'elles sont traitées en couches minces, ce qui en fait des matériaux semi-conducteurs dans le proche infrarouge très prometteurs à utiliser dans les sources infrarouges (par exemple, LED) et des détecteurs.

Dans des recherches futures, nous prévoyons de développer des LED infrarouges à haute intensité et des détecteurs infrarouges très sensibles en synthétisant ces composés sous forme de gros monocristaux, développer des procédés de croissance de couches minces et contrôler leurs propriétés physiques par dopage et les transformer en solutions solides. Si ces efforts portent leurs fruits, les éléments chimiques toxiques actuellement utilisés dans les semi-conducteurs existants dans le proche infrarouge peuvent être remplacés par des éléments non toxiques.