Auringonvalolle sopivaa piitä

Carnegie-instituutin tutkijat johtajanaan Timothy Strobel ovat syntetisoineet täysin uudenlaista piitä, joka mahdollistaa uudenlaisia tulevaisuuden sovelluksia.

Vaikka pii on hyvin yleistä nykypäivän teknologiassa, sen epäsuora kaistaero estää sen käytön tietyissä korkean hyötysuhteen sovelluksissa, kuten valodiodit, tehokkaammat transistorit ja tietyt fotosähkölaitteet.

Kun suoran kaistaeron materiaalit voivat tehokkaasti hyödyntää ja säteillä valoa, epäsuora aukon materiaalit, kuten timanttimaisesti jäsentynyt pii, ei voi.

Jotta pii sopisi käytettäväksi uudessa teknologiassa, sen epäsuora aukko olisi muutettava. Carnegien tutkijaporukka kykeni syntetisoimaan piin muotoon, jolla on näennäissuora kaistaero. Lisäksi se sopii tavoitellulle alueella aurinkoenergian absorboitumista, jotain jota ei ole aiemmin saavutettu.

Toisin kuin tavanomaiset timanttirakenteet, uusi piiallotropia koostuu avoimesta kehysrakenteesta, jota kutsutaan zeoliitti-tyyppiseksi rakenteeksi. Se koostuu yhdessä viisi-, kuusi- ja kahdeksan-jäsenisien piirenkaiden kanssa muodostuvista kanavista.

Uusi allotrooppi luotiin uudenlaisen korkeapaineisen prosessin avulla. Ensin paineessa luotiin yhdiste piitä ja natriumia Na4Si24. Sitten se palautettiin normaaliympäristöön ja siitä poistettiin natrium tyhjössä kuumentamalla.

Tuloksena on puhdas piiallotrooppi, Si24, jolla on ihanteellinen energiarako aurinkoenergian muuntamisen tekniikkaan. Se voi absorboida ja mahdollisesti myös säteillä valoa paljon tehokkaammin kuin perinteinen timanttirakenteinen pii. Si24 on vakaa normaalissa ympäristön paineessa ja ainakin 450 asteeseen Celsiusta asti.

Tutkijat uskovat, että menetelmää voi soveltaa myös muihin materiaaleihin etsittäessä niistä potentiaalisia materiaalisia haasteita. Ja koska syntyneet rakenteet pysyvät vakaina ilmakehän paineessa, suurempien määrien tuottaminen voi olla täysin mahdollista.