Исследователи из США в своей работе показали, что различные типы кремниевых кристаллических структур (политипы) могут быть получены при помощи методики, базирующейся на использовании катализирующих металлических наночастиц, при вариации внешних условий. Созданные подобным образом кремниевые наноструктуры обладают индивидуальными электронными свойствами, что позволит им в будущем найти применение в таких сферах, как создание солнечных батарей и других фотонных устройств. Работа также может пополнить познания ученых в области образования поликристаллов, что позволит оптимизировать синтез.

Потенциал методики выращивания полупроводниковых нанопроводов на основе катализирующих металлических наночастиц известен относительно давно. Но лишь в последние несколько лет ученые сосредоточили свое внимание на возможности создания новых кристаллических материалов и политипов (кристаллов с идентичной химической формулой, но различным строением и, соответственно, электронной структурой) с помощью этой методики.

Основываясь на упомянутом принципе выращивания полупроводников, научная группа из Northwestern University (США) показала, что

методика позволяет создать кремниевые нанопровода различных политипов (кристаллической и электронной структуры), в зависимости от внешних условий в камере роста. При этом применявшееся в ходе эксперимента для контроля результата комбинационное рассеяние позволяло быстро определить, какие внешние условия способствуют формированию того или иного политипа.

В ходе эксперимента были созданы кристаллические политипы, известные как 9R, 27T и 2H, а также другие структуры кремния. Более того, контроль созданных структур с помощью просвечивающего электронного микроскопа показал, что внутренние дефекты кристаллической структуры образцов также сформированы из простейших «строительных блоков» упомянутых политипов.

Как было отмечено выше, различные политипы (кристаллические структуры) имеют различные электронные свойства, т.е. отличаются расположением разрешенных и запрещенных зон для электронов проводимости. В ближайшее время ученые планируют доказать, что открытые ими политипы можно использовать в практических приложениях, например, таких как создание солнечных батарей. По их мнению, контакт различных политипов кремния может использоваться в качестве электрически активной границы областей с электронной и дырочной проводимостью.

Использование подобных «границ» в солнечных батареях обычно позволяет увеличить длину свободного пробега носителей заряда, что важно для накопления большего процента солнечной энергии. Кроме того, рассматривается возможность расширить спектральную полосу поглощаемого света за счет использования в солнечных батареях нанопроводов с различными кристаллическими структурами (политипами).

Подробные результаты работы были опубликованы в журнале ACS Nano.