美國(guó)東北大學(xué)科學(xué)家主導(dǎo)的國(guó)際科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種新形式的高密度硅，并開發(fā)出一種新型可擴(kuò)展的無(wú)催化劑蝕刻技術(shù)，能將這種硅制成直徑為2—5納米的超窄硅納米線。這一成果發(fā)表于最新一期《自然·通訊》雜志，有望給半導(dǎo)體行業(yè)帶來(lái)革命性變化，還有望應(yīng)用于量子計(jì)算等領(lǐng)域。
十年前，東北大學(xué)研究人員在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了擁有“非常非常微小”線狀納米結(jié)構(gòu)的硅。此后的計(jì)算機(jī)建模顯示，這種材料擁有高壓縮結(jié)構(gòu)，尺寸比普通硅小10%—20%，而普通硅在這種壓縮狀態(tài)下通常不穩(wěn)定。研究表明，新型硅頂部有很薄一層氧化物，這可能有助于讓其維持壓縮狀態(tài)。
傳統(tǒng)硅的帶隙(決定半導(dǎo)體材料內(nèi)的電子在受到外源刺激時(shí)導(dǎo)電所需的能量)為1.11電子伏特，但新型硅的帶隙為4.16電子伏特，創(chuàng)下世界紀(jì)錄。
超寬帶隙意味著這種材料需要更大刺激才能導(dǎo)電，但也表明其可在高功率、高溫和高頻下工作，因此用這種新材料生產(chǎn)的硅納米線將適用于電子、晶體管、二極管和LED器件等領(lǐng)域。
研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)明了一種生產(chǎn)硅納米線的新方法——無(wú)需催化劑的化學(xué)氣相蝕刻，可制造出僅為目前商用硅納米線1/20到1/10的納米線。
研究人員表示，這種新型硅對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)很有吸引力，可用于無(wú)線電、雷達(dá)和太陽(yáng)能電池等光伏領(lǐng)域。新型硅納米線還可改善鋰離子電池的性能，拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。由于新型硅納米線的尺寸非常小，因此可在其中操縱各種有趣的量子現(xiàn)象，用于量子計(jì)算領(lǐng)域處理量子信息。
研究團(tuán)隊(duì)下一步計(jì)劃更好地理解這一過(guò)程背后的所有化學(xué)原理，并弄清為什么這種形式的壓縮硅如此穩(wěn)定，也希望優(yōu)化蝕刻工藝，使納米線表面更光滑，以進(jìn)一步擴(kuò)大其規(guī)模用于工業(yè)生產(chǎn)。
