Si-III est-il un métal avec des électrons voyageant librement, ou un semi-conducteur avec un intervalle d'énergie discret qui peut « arrêter » le flux ? Il s'avère que ce dernier est vrai, mais la bande interdite du Si-III est si petite que les électrons peuvent « procéder avec prudence » à travers la structure. Crédit :Tim Strobel.
Il serait difficile de surestimer l'importance du silicium en informatique, énergie solaire, et d'autres applications technologiques. (Sans parler du fait qu'il constitue une grande partie de la croûte terrestre.) Pourtant, il reste encore beaucoup à apprendre sur la façon d'exploiter les capacités de l'élément numéro quatorze.
La forme la plus courante de silicium cristallise dans la même structure que le diamant. Mais d'autres formulaires peuvent être créés en utilisant différentes techniques de traitement. Nouveau travail dirigé par Tim Strobel de Carnegie et publié en Lettres d'examen physique montre qu'une forme de silicium, appelé Si-III (ou parfois BC8), qui est synthétisé à l'aide d'un procédé à haute pression, est ce qu'on appelle un semi-conducteur à bande interdite étroite.
Qu'est-ce que cela signifie et pourquoi est-ce important?
Les métaux sont des composés capables de conduire le flux d'électrons qui constitue un courant électrique, et les isolants sont des composés qui ne conduisent aucun courant. Semi-conducteurs, qui sont largement utilisés dans les circuits électroniques, peuvent avoir leur conductivité électrique activée et désactivée, une capacité évidemment utile. Cette capacité à changer de conductivité est possible car certains de leurs électrons peuvent passer d'états isolants à faible énergie à des états conducteurs à plus haute énergie lorsqu'ils sont soumis à un apport d'énergie. L'énergie nécessaire pour initier ce saut est appelée bande interdite.
La forme diamantée du silicium est un semi-conducteur et d'autres formes connues sont des métaux, mais les vraies propriétés du Si-III sont restées inconnues jusqu'à présent. Des recherches expérimentales et théoriques antérieures ont suggéré que le Si-III était un métal faiblement conducteur sans bande interdite, mais aucune équipe de recherche n'avait pu produire un échantillon pur et suffisamment grand pour en être sûr.
En synthétisant pur, échantillons en vrac de Si-III, Strobel et son équipe ont pu déterminer que le Si-III est en fait un semi-conducteur avec une bande interdite extrêmement étroite, plus étroite que la bande interdite des cristaux de silicium de type diamant, qui est le type le plus couramment utilisé. Cela signifie que le Si-III pourrait avoir des utilisations au-delà de la liste déjà complète des applications pour lesquelles le silicium est actuellement utilisé. Avec la disponibilité d'échantillons purs, l'équipe a pu caractériser parfaitement l'électronique, optique, et les propriétés de transport thermique du Si-III pour la première fois.
« Historiquement, la reconnaissance correcte du germanium en tant que semi-conducteur au lieu du métal qu'on croyait autrefois être vraiment aidé à démarrer l'ère moderne des semi-conducteurs ; de la même manière, la découverte des propriétés semi-conductrices du Si-III pourrait conduire à des avancées technologiques imprévisibles, " a fait remarquer l'auteur principal, Haidong Zhang de Carnegie. "Par exemple, les propriétés optiques du Si-III dans l'infrarouge sont particulièrement intéressantes pour les futures applications plasmoniques."
