2023 लेखक: Bryan Walter | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2023-05-21 22:25
ऑस्ट्रेलियाई और अमेरिकी रसायनज्ञ चार-परत हेक्सागोनल जाली के साथ सिलिकॉन क्रिस्टल को संश्लेषित करने वाले पहले व्यक्ति थे। Si24 सिंगल क्रिस्टल की एनीलिंग के परिणामस्वरूप, आकार में कई माइक्रोमीटर हेक्सागोनल सिलिकॉन के अर्धचालक क्रिस्टल प्राप्त करना संभव था। यदि आपको बड़े आकार के समान क्रिस्टल मिलते हैं, तो उनके इलेक्ट्रॉनिक गुण साधारण क्यूबिक सिलिकॉन को बायपास कर सकते हैं, वैज्ञानिक भौतिक समीक्षा पत्रों में लिखते हैं।
सबसे आम सिलिकॉन संशोधन में हीरे की तरह क्रिस्टल जाली होती है। यह घन चरण है जो कमरे की स्थितियों के तहत थर्मोडायनामिक रूप से स्थिर है, और इस तरह के सिलिकॉन का उपयोग सभी अर्धचालक इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में किया जाता है। लेकिन, कार्बन की तरह, सिलिकॉन के कई वैकल्पिक एलोट्रोपिक रूप होते हैं, हालांकि, सामान्य परिस्थितियों में - कमरे के तापमान और वायुमंडलीय दबाव पर - सिलिकॉन के अन्य सभी क्रिस्टलीय चरण (उदाहरण के लिए, रंबोहेड्रल सिलिकॉन-XII, टेट्राहेड्रल सिलिकॉन-III और विभिन्न क्लैथ्रेट संरचनाएं) हैं। मेटास्टेबल …
हालांकि, सैद्धांतिक अनुमानों के अनुसार, सिलिकॉन के अन्य एलोट्रोपिक रूपों (विशेष रूप से, एक हेक्सागोनल संरचना के साथ) में असामान्य इलेक्ट्रॉनिक गुण हो सकते हैं और इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में उपयोग के लिए आशाजनक हैं। उदाहरण के लिए, 2018 में, कोरियाई वैज्ञानिकों ने सिलिकॉन के एक धातु चरण के अस्तित्व की भविष्यवाणी की जो वायुमंडलीय दबाव पर स्थिर है, जो लगभग 12 केल्विन के तापमान पर एक सुपरकंडक्टर बन जाता है। और सिलिकॉन के अर्धचालक हेक्सागोनल रूप दिलचस्प हैं कि वे क्रिस्टल संरचना या बाहरी यांत्रिक भार में जर्मेनियम परमाणुओं की शुरूआत के कारण बैंड अंतर को समायोजित कर सकते हैं।
जाली में परमाणुओं की व्यक्तिगत परतों को कैसे व्यवस्थित किया जाता है, इस पर निर्भर करते हुए सिलिकॉन में कई हेक्सागोनल संशोधन हो सकते हैं। यदि जाली में चतुष्फलकीय परतें जोड़े (.. ABAB..) में वैकल्पिक होती हैं, तो सिलिकॉन (2H-Si) में एक लोंसडेलाइट संरचना होगी। इस तरह की संरचना के साथ मेटास्टेबल सिलिकॉन पहले से ही उच्च दबाव के मध्यवर्ती क्रिस्टलीय चरणों (उदाहरण के लिए, सिलिकॉन नाइट्राइड से) से प्राप्त किया गया है, लेकिन उन सभी को खराब तरीके से ऑर्डर किया गया था: आवश्यक क्रिस्टल संरचना वाले क्षेत्र नैनोमीटर आकार के थे।
कार्नेगी इंस्टीट्यूशन के टिमोथी ए। स्ट्रोबेल के नेतृत्व में ऑस्ट्रेलियाई और अमेरिकी रसायनज्ञ हेक्सागोनल सिलिकॉन के एक स्थिर चरण को संश्लेषित करने में सक्षम थे, लेकिन लोन्सडेलाइट संरचना के साथ नहीं, बल्कि चार-परत संरचना के साथ - 4H-Si। इसमें एक ही प्रकार के सिलिकॉन परमाणुओं की परतें जोड़े में नहीं, बल्कि चार (.. ABCBABCB..) में वैकल्पिक होती हैं। इस तरह के क्रिस्टलीय रूप को प्राप्त करने के लिए, रसायनज्ञों ने रचना Si24 के एकल क्रिस्टल लिए - यह सिलिकॉन का एक और एलोट्रोपिक संशोधन है, जिसे पहली बार 2014 में वैज्ञानिकों के एक ही समूह द्वारा प्राप्त किया गया था - और उन्हें कई दिनों तक 200 से 400 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर रखा गया था।.
Si24 क्रिस्टल (नीली गेंद) और हेक्सागोनल सिलिकॉन 4H-Si की संरचनाएं इससे संश्लेषित होती हैं
नतीजतन, काम के लेखकों ने 0, 384 और 1.259 नैनोमीटर के जाली मापदंडों के साथ एक चार-परत हेक्सागोनल सिलिकॉन प्राप्त किया। दिलचस्प बात यह है कि इस क्रिस्टल की संरचना में परतों का उन्मुखीकरण पूरी तरह से Si24 क्रिस्टल की संरचना से मेल खाता है जिससे इसे बनाया गया था। प्राप्त सिलिकॉन का अप्रत्यक्ष बैंड गैप 1, 2 इलेक्ट्रॉन वोल्ट था - यह प्रारंभिक सैद्धांतिक गणनाओं के अनुरूप है (तुलना के लिए, क्यूबिक सिलिकॉन, जिसका उपयोग आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स में किया जाता है, एक अप्रत्यक्ष गैप सेमीकंडक्टर भी है जिसमें बैंड गैप 1, 12 है। इलेक्ट्रॉन वोल्ट)। उसी समय, हेक्सागोनल सिलिकॉन को संश्लेषित करने के पिछले प्रयासों के विपरीत, वैज्ञानिकों ने कई माइक्रोमीटर के आकार के साथ अशुद्धियों से दूषित एकल क्रिस्टल प्राप्त करने में कामयाबी हासिल की।
हेक्सागोनल सिलिकॉन 4H-Si. के प्राप्त क्रिस्टल पर एक्स-रे विवर्तन पैटर्न
काम के लेखकों के अनुसार, यदि जर्मेनियम परमाणुओं को ऐसी संरचना में पेश किया जाता है, तो इस तरह सामग्री के इलेक्ट्रॉनिक मापदंडों को नियंत्रित करना संभव होगा - उदाहरण के लिए, इसे प्रत्यक्ष-अंतर अर्धचालक में बदल दें। शोधकर्ताओं का मानना है कि यदि बड़े आकार के हेक्सागोनल सिलिकॉन के क्रिस्टल प्राप्त करना संभव है (उदाहरण के लिए, इस काम में प्राप्त माइक्रोमीटर क्रिस्टल को बीज क्रिस्टल के रूप में उपयोग करके), तो वे साधारण क्यूबिक सिलिकॉन समेत अपने पैरामीटर में बाईपास कर सकते हैं।
जबकि सिलिकॉन में केवल एक क्रिस्टलीय संशोधन व्यापक होता है और सामान्य परिस्थितियों में कठिनाई के बिना बनता है, कार्बन में कुछ स्थिर एलोट्रोपिक रूप होते हैं। इसके बावजूद वैज्ञानिक आज भी कार्बन के नए रूपों की खोज कर रहे हैं। उदाहरण के लिए, रसायनज्ञों ने हाल ही में द्वि-आयामी कार्बन के एक नए गैर-बेंज़ाइडल रूप को संश्लेषित किया, बाइफेनिलीन नेटवर्क, जिसमें कार्बन परमाणु चार-, छह- और आठ-सदस्यीय छल्ले बनाते हैं।
