Le germanium n'est peut-être pas un nom familier comme le silicium, son compagnon de groupe sur le tableau périodique, mais il a un grand potentiel pour une utilisation dans l'électronique de nouvelle génération et la technologie énergétique.

Les formes de germanium qui peuvent être synthétisées en laboratoire dans des conditions de pression extrêmes sont particulièrement intéressantes. Cependant, l'une des formes de germanium les plus prometteuses pour des applications pratiques, appelé ST12, n'a été créé que dans de minuscules tailles d'échantillons, trop petites pour confirmer définitivement ses propriétés.

"Les tentatives pour cerner expérimentalement ou théoriquement les caractéristiques du ST12-germanium ont produit des résultats extrêmement variés, notamment en termes de conductivité électrique, " a déclaré Zhisheng Zhao de Carnegie, le premier auteur d'un nouvel article sur cette forme de germanium.

L'équipe de recherche de l'étude, dirigé par Timothy Strobel de Carnegie, a été en mesure de créer ST12-germanium dans un échantillon suffisamment grand pour confirmer ses caractéristiques et ses propriétés utiles. Leurs travaux sont publiés par Communication Nature .

"Ce travail intéressera un large éventail de lecteurs dans le domaine de la science des matériaux, la physique, chimie, et ingénierie, " a expliqué Haidong Zhang de Carnegie, le co-auteur principal.

ST12-germanium a une structure tétragonale - le nom ST12 signifie "simple tétragonal avec 12 atomes".

Les échantillons de taille millimétrique de ST12-germanium que l'équipe a créés étaient suffisamment grands pour pouvoir être étudiés à l'aide de diverses techniques spectroscopiques afin de confirmer ses caractéristiques longtemps débattues.

Comme le plus commun, forme diamant-cubique de germanium, ils ont découvert que ST12 est un semi-conducteur avec une bande interdite indirecte. Les substances métalliques conduisent facilement le courant électrique, alors que les matériaux isolants ne conduisent aucun courant. Les matériaux semi-conducteurs présentent une conductivité électrique moyenne. Lorsque les matériaux semi-conducteurs sont soumis à un apport d'énergie spécifique, les électrons liés peuvent être déplacés vers une énergie plus élevée, états conducteurs. L'énergie spécifique requise pour effectuer ce saut à l'état conducteur est définie comme la "bande interdite". Alors que les matériaux à bande interdite directe peuvent efficacement absorber et émettre de la lumière, les matériaux à bande interdite indirecte ne le peuvent pas.

"Notre équipe a pu quantifier la bande interdite optique de ST12 - où l'énergie lumineuse visible peut être absorbée par le matériau - ainsi que ses propriétés électriques et thermiques, qui aidera à définir son potentiel d'applications pratiques, " a déclaré Strobel. "Nos résultats indiquent qu'en raison de la taille de sa bande interdite, Le ST12-germanium peut être un meilleur matériau pour la technologie de détection et d'imagerie infrarouge que la forme diamant-cubique de l'élément déjà utilisé à ces fins. »