Les dernières générations de puces informatiques ne mesurent que quelques nanomètres et deviennent de plus en plus économes en énergie et puissantes en raison de la miniaturisation progressive. Les procédés de gravure traditionnellement utilisés dans la production de puces atteignant de plus en plus leurs limites, le développement de nouveaux, matériaux semi-conducteurs nanostructurés est essentiel. Ces nano semi-conducteurs jouent également un rôle central dans la conversion de l'électricité en lumière et vice versa.

Une équipe de l'Université Goethe de Francfort dirigée par Matthias Wagner a réussi à synthétiser des nano "sphères" moléculaires composées de 20 atomes de silicium, les silafulleranes. La deuxième nouvelle classe de matériaux est constituée de blocs de construction cristallins constitués de 10 atomes de silicium et de germanium qui ont une structure semblable à un diamant. Des informations décisives sur les structures électroniques des nouveaux composés ont été fournies par des analyses théoriques informatisées du groupe de recherche de Stefan Grimme à Bonn.

Les 20 atomes de silicium du silafullerane forment un dodécaèdre, un corps composé de pentagones réguliers. Il encapsule un ion chlorure. Un atome d'hydrogène fait saillie vers l'extérieur à chaque coin de silicium du corps. Doctorant Marcel Bamberg, qui a synthétisé la molécule, explique :« Notre silafullerane est l'ancêtre tant recherché de cette nouvelle classe de substances. Les atomes d'hydrogène peuvent facilement être remplacés par des groupes fonctionnels, donnant ainsi au silafullerane des propriétés différentes. » Le chimiste quantique de Bonn, Markus Bursch, ajoute :« Nous soutenons la génération ciblée de propriétés potentiellement utiles avec des prédictions théoriques de leurs effets résultants. »

L'adamantane silicium-germanium représente la pierre angulaire d'un alliage mixte silicium-germanium. Benedikt Köstler, qui développe les composés dans le cadre de sa thèse de doctorat, déclare que "des études récentes ont montré que les alliages silicium-germanium sont supérieurs aux semi-conducteurs en silicium pur dans des domaines d'application importants. Cependant, la production de tels alliages est très difficile et vous obtenez souvent des mélanges de compositions différentes. Nous avons réussi à développer une voie de synthèse simple pour le bloc de construction de base des alliages silicium-germanium. Notre adamantane silicium-germanium permet donc l'étude des propriétés chimiques et physiques importantes des alliages silicium-germanium sur le modèle moléculaire. Nous voulons également l'utiliser à l'avenir pour produire des alliages silicium-germanium avec des structures cristallines irréprochables."

Carbone, qui est chimiquement très similaire aux éléments silicium et germanium, se présente sous des formes comparables aux deux nouvelles classes de substances :Les sphères creuses d'atomes de carbone ("fullerènes") correspondent aux silafulleranes, et les diamants constitués de carbone sont composés de sous-unités d'adamantane. Entre autres, les fullerènes augmentent l'efficacité des cellules solaires organiques, pourrait rendre les batteries des voitures électriques plus sûres, et promettent des progrès dans la supraconductivité à haute température. Les nanodiamants ont également un large éventail d'applications, des produits pharmaceutiques à la recherche sur la catalyse.

Dans ce contexte, les chercheurs de Francfort et de Bonn sont ravis de voir dans quels domaines leurs silafulleranes et leurs adamantanes silicium-germanium s'établiront. Matthias Wagner déclare :« Il est déjà possible de générer de la lumière dans toutes les couleurs du spectre visible avec du silicium nanostructuré et du germanium sous forme de points quantiques, et ceci est testé pour les écrans d'ordinateurs et de téléphones portables, ainsi que dans les télécommunications. Outre le potentiel chimico-technique, Je suis personnellement fasciné par la grande symétrie de nos composés :par exemple, notre silafullerane est l'un des cinq solides platoniciens et possède une beauté intemporelle."