Det skulle vara svårt att överskatta kisels betydelse när det gäller beräkning, solenergi, och andra tekniska tillämpningar. (För att inte tala om det faktum att det utgör oerhört mycket av jordskorpan.) Ändå finns det fortfarande så mycket att lära om hur man utnyttjar funktionerna i element nummer fjorton.

Den vanligaste formen av kisel kristalliserar i samma struktur som diamant. Men andra former kan skapas med olika behandlingstekniker. Nytt verk ledt av Carnegies Tim Strobel och publicerat i Fysiska granskningsbrev visar att en form av kisel, kallad Si-III (eller ibland BC8), som syntetiseras med hjälp av en högtrycksprocess, är vad som kallas en smal bandgap halvledare.

Vad betyder detta och varför spelar det någon roll?

Metaller är föreningar som kan leda flödet av elektroner som bildar en elektrisk ström, och isolatorer är föreningar som inte leder någon ström alls. Halvledare, som används flitigt i elektroniska kretsar, kan få sin elektriska konduktivitet på och av - en uppenbarligen användbar förmåga. Denna förmåga att byta konduktivitet är möjlig eftersom vissa av deras elektroner kan flytta från isolerande tillstånd med lägre energi till ledande tillstånd med högre energi när de utsätts för en energiinmatning. Den energi som krävs för att initiera detta språng kallas ett bandgap.

Den diamantliknande formen av kisel är en halvledare och andra kända former är metaller, men de sanna egenskaperna hos Si-III förblev okända tills nu. Tidigare experimentell och teoretisk forskning föreslog att Si-III var en dåligt ledande metall utan bandgap, men inget forskargrupp hade kunnat producera ett rent och tillräckligt stort prov för att vara säker.

Genom att syntetisera ren, bulkprover av Si-III, Strobel och hans team kunde fastställa att Si-III faktiskt är en halvledare med ett extremt smalt bandgap, smalare än bandgapet för diamantliknande kiselkristaller, vilket är den vanligaste typen. Detta innebär att Si-III kan ha användningsområden utöver den redan fulla skiffer med applikationer som kisel används för närvarande. Med tillgången på rena prover, laget kunde fullt ut karakterisera det elektroniska, optisk, och termiska transportegenskaper för Si-III för första gången.

"Historiskt sett det korrekta erkännandet av germanium som en halvledare istället för metallen som man en gång trodde var verkligt hjälpt till att starta den moderna halvledartiden; liknande, upptäckten av halvledande egenskaper hos Si-III kan leda till oförutsägbara tekniska framsteg, "påpekade huvudförfattaren, Carnegies Haidong Zhang. "Till exempel, de optiska egenskaperna hos Si-III i det infraröda området är särskilt intressanta för framtida plasmoniska tillämpningar. "