Австралийские и американские химики впервые синтезировали кристаллы кремния с четырехслойной гексагональной решеткой. В результате отжига монокристаллов состава Si24 удалось получить полупроводящие кристаллы гексагонального кремния размером в несколько микрометров. Если получить такие же кристаллы большего размера, то своим электронным свойствам они могут обойти обычный кубический кремний, пишут ученые в Physical Review Letters.

Самая распространенная модификация кремния имеет алмазоподобную кристаллическую решетку. Именно эта кубическая фаза термодинамически устойчива при комнатных условиях, и такой кремний используется во всех полупроводниковых электронных устройствах. Но, как и углерода, у кремния есть несколько альтернативных аллотропных форм, правда, в обычных условиях — при комнатной температуре и атмосферном давлении — все другие кристаллические фазы кремния (например ромоэдрический кремний-XII, тетраэдрический кремний-III и различные клатратные структуры) метастабильны.

Однако по теоретическим оценкам, другие аллотропные формы кремния (в частности с гексагональной структурой) могут обладать довольно необычными электронными свойствами и перспективны для использования в электронных устройствах.

Например, в 2018 году корейские ученые предсказали существование стабильной при атмосферном давлении металлической фазы кремния, которая при температуре около 12 кельвинов становится сверхпроводником. А полупроводниковые гексагональные формы кремния интересны тем, что у них можно подстраивать ширину запрещенной зоны за счет введения в структуру кристаллов атомов германия или внешней механической нагрузке.

Гексагональных модификаций у кремния может быть несколько, в зависимости от того, как уложены в решетке отдельные слои атомов. Если тетраэдрические слои в решетке чередуются парами (..ABAB..), тогда у кремния (2H-Si) будет структура лонсдейлита. Метастабильный кремний с такой структурой уже удавалось получать из промежуточных кристаллических фаз высокого давления (например из нитрида кремния), но все они были слабо упорядочены: области с нужной кристаллической структурой были нанометрового размера.

Австралийские и американские химики под руководством Тимоти Стробела (Timothy A. Strobel) из Института Карнеги смогли синтезировать устойчивую фазу гексагонального кремния, но не со структурой лонсдейлита, а с четырехслойной структурой — 4H-Si.