Ett team från Kirensky Institute of Physics (Siberian Branch of Russian Academy of Sciences) tillsammans med kollegor från Siberian Federal University har erbjudit ett tillvägagångssätt för kontrollerad syntes av halvledande tunna filmer av högre mangansilicid. Filmerna kan användas i termoelektriska omvandlare och andra anordningar. Teamet föreslog också andra användningsområden för dessa material. Resultatet av arbetet publicerades i Journal of Materials Science .

Högre mangansilicider (MnSi~1,75 ) är en grupp av mangan- och kiselföreningar med en exotisk kristallstruktur som kallas "skorstensstege". Manganatomer bildar själva skorstenen, och kisel är format som liknar spiraler. Föreningar som tillskrivs denna grupp skiljer sig från varandra genom spiralvridning. I Mn ₄ Si ₇ , gruppens mest kända medlem, mangan är mindre vridet än i de andra 11 kända faserna. Fortfarande, vridmaksimum för spiraler i en sådan struktur är okänd, såväl som medlen för målinriktad syntes av en viss struktur som tillhör gruppen.

Det finns också en oklarhet i deras fysiska egenskaper. För att utföra den riktade syntesen av olika faser av högre mangansilicider på ett kiselsubstrat, som kan användas för termoelektriska och fotovoltaiska omvandlare, optoelektroniska och spintroniska enheter, är fortfarande ganska svårt för forskarna. I regel, för att erhålla tunna filmer med högre mangansilicidhalt, mangan och kisel placeras på kiselsubstratet, och efteråt, systemet är glödgat. I detta tillstånd, kiselatomer diffunderar från kiselsubstratet till reaktionszonen och kan förändra fasbildningssekvensen drastiskt eftersom mängden kisel i olika högre mangansilicidfaser varierar inom mindre än 1 procent. På grund av sådan spridning, det är omöjligt att få en önskvärd högre mangansilicidfas på kiselsubstrat genom att bara placera den erforderliga mängden mangan och kisel, och sedan värma upp systemet. Kiselatomer från kiselsubstratet förändrar kiselhalten i filmen okontrollerat. Teamet syftade till att lösa detta problem under studien.

Två faser av högre mangansilicider valdes ut för målinriktad syntes:Mn ₄ Si ₇ med minst och Mn ₁₇ Si ₃₀ med de mest vridna spiralerna. Liksom de flesta kända högre mangansilicider, den första fasen har p-typ ledning. När ämnet värms upp, dess kovalenta länkar är förvrängda, och fria elektroner börjar röra sig. Detta skapar hål som rör sig i motsatt riktning mot elektronerna. Den andra fasen visar ledning av n-typ. I detta fall, de fria elektronerna är laddningsbärarna.

"I det här arbetet, vi använde en ovanlig metod för syntes av prover. Vi antog att om högre mangansilicider okontrollerat bildas från den amorfa blandningen, deras bildning från blandningar av faser av andra mangansilicider med högre manganhalt ska också skilja sig åt för olika faser. Oavsett elementen på silikonbasen, en förening från den högre mangansilicidfamiljen kommer alltid att vara det sista steget. Efter att ha genomfört några enkla termodynamiska beräkningar, vi fick reda på vad som skulle placeras på basen för Mn ₄ Si ₇ och Mn ₁₇ Si ₃₀ faser att bilda, "förklarade medförfattaren Ivan Tarasov, en forskare vid laboratoriet för fysik för magnetiska fenomen, Kirensky Institute of Physics (sibiriska grenen av den ryska vetenskapsakademin).

Forskarna bestämde sig för att implementera denna idé och fick de riktade strukturerna. Efteråt, deras fysikaliska egenskaper studerades också. N-typ konduktivitet för Mn ₁₇ Si ₃₀ bekräftades inte. Teoretiska beräkningar visade att orsaken kan vara lediga kisel, dvs frånvaron av atomer på de platser där de förväntas vara i Mn ₁₇ Si ₃₀ kristallstruktur. Teamet registrerade den högsta laddningsbärarens rörlighet i högre mangansilicidfilmer.

"Efter att ha studerat egenskaperna hos den nya fasen av högre mangansilicid fick vi ganska intressanta resultat. Viktigast av allt, det tillvägagångssätt vi utvecklat för att syntetisera sådana filmer visade sig vara effektivt. I framtiden, vi kommer att förbättra det för att erhålla olika silicider med de egenskaper som krävs för användning i verkliga termoelektriska och solcellsanordningar, " avslutade medförfattaren Anton Tarasov, universitetslektor vid Siberian Federal University.