9 сентября 2021 года Обзор Алекса Смита

В Университете Гете во Франкфурте химики разработали две новые группы наноматериалов и проанализировали их совместно с сотрудниками из Боннского университета.

Исследователи впервые успешно разработали наносферу из атомов кремния и строительный блок для алмазоподобных кристаллов полупроводниковых элементов германия и кремния.

Два новых класса материалов могут применяться для миниатюризации компьютерных микросхем, экранов высокого разрешения для смартфонов, солнечных элементов и светодиодов с максимальным уровнем эффективности.

Компьютерные микросхемы последнего поколения имеют размер всего несколько нанометров и становятся более энергосберегающими и мощными в результате постепенной миниатюризации. Процессы травления, обычно используемые при производстве микросхем, достигают своих пределов. Следовательно, становится необходимой разработка новых наноструктурированных полупроводниковых материалов. Они также играют ключевую роль в преобразовании электричества в свет и наоборот.

Исследовательская группа во главе с Матиасом Вагнером успешно синтезировала молекулярную нано-сферу, разработанную с 20 атомами кремния, известную как силафуллерены. Второй новый класс материалов – это кристаллические строительные блоки, созданные из 10 атомов кремния и германия, которые имеют структуру, подобную алмазу. Глубокое понимание электронной структуры новых соединений было предложено компьютерными теоретическими исследованиями исследовательской группы Стефана Гримме в Бонне

.

20 атомов кремния силафуллерана имеют тенденцию образовывать додекаэдр, который представляет собой тело, состоящее из правильных пятиугольников. Тело содержит ион хлорида. Атом водорода выступает наружу в каждом кремниевом углу тела.

Наш силафуллеран является долгожданным прародителем этого нового класса веществ. Атомы водорода могут быть легко заменены функциональными группами, что придает силафуллерану другие свойства .

Марсель Бамберг, докторант, Университет Гете

Боннский квантовый химик Маркус Бурш добавил: « Мы поддерживаем целевое создание потенциально полезных свойств с теоретическими предсказаниями их результирующих эффектов ». Адамантан кремний-германий обозначает строительный блок смеси сплава кремний-германий.

По словам Бенедикта Кёстлера, который разрабатывает соединения в рамках докторской диссертации: « Недавние исследования показали, что кремний-германиевые сплавы превосходят чистые кремниевые полупроводники в важных областях применения. Однако производство таких сплавов очень сложно, и часто получаются смеси разного состава. Нам удалось разработать простой путь синтеза основного строительного блока кремний-германиевых сплавов ».

Наш кремний-германиевый адамантан, таким образом, позволяет исследовать важные химические и физические свойства кремний-германиевых сплавов на молекулярной модели. Мы также хотим использовать его в будущем для производства кремний-германиевых сплавов с безупречной кристаллической структурой .

Бенедикт Кёстлер, Университет Гете

Углерод химически напоминает кремний и германий и встречается в форме, аналогичной двум новым классам веществ: полые сферы атомов углерода («фуллерены») соответствуют силафуллеранам, а алмазы, содержащие углерод, состоят из субъединиц адамантана.

По сравнению с другими вещами, фуллерены повышают эффективность органических солнечных элементов, делая батареи электромобилей более безопасными и гарантируя прогресс в области высокотемпературной сверхпроводимости. У наноалмазов также есть широкий спектр применения, начиная от фармацевтики и заканчивая исследованиями в катализе.

Что касается этих сценариев, исследователи из Франкфурта и Бонна ожидают увидеть сектора, в которых найдут применение силафуллерены и кремний-германиевые адамантаны.

Уже можно генерировать свет всех цветов видимого спектра с помощью наноструктурированного кремния и германия в форме квантовых точек, и это тестируется для дисплеев компьютеров и мобильных телефонов, а также в телекоммуникациях. Помимо химико-технического потенциала, я лично очарован высокой симметрией наших соединений: например, наш силафуллеран является одним из пяти платоновых твердых тел и обладает вневременной красотой .

Маттиас Вагнер, Университет Гете

Ссылка на журнал:

Koestler, B., и др. . (2021) Селективный однореакторный синтез смешанных кремний-германиевых гетероадамантановых кластеров. Химия – Европейский журнал . doi.org/10.1002/chem.202102732.

Источник: https://www.goethe-university-frankfurt.de/en?locale=en[19459007provided