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 最新一代計(jì)算機(jī)芯片的尺寸只有幾納米，并且由于逐步小型化而變得更加節(jié)能和強(qiáng)大。由于傳統(tǒng)上用于芯片生產(chǎn)的蝕刻工藝越來越接近其極限，因此開發(fā)新型納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體材料至關(guān)重要。這種納米半導(dǎo)體在將電轉(zhuǎn)化為光（反之亦然）方面也發(fā)揮著核心作用。



由馬蒂亞斯·瓦格納 (Matthias Wagner) 領(lǐng)導(dǎo)的法蘭克福歌德大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)現(xiàn)已成功合成了由 20 個(gè)硅原子組成的分子納米“球體”，即所謂的硅富勒烷。



第二類新材料是由 10 個(gè)具有類金剛石結(jié)構(gòu)的硅和鍺原子組成的晶體構(gòu)建塊。波恩 Stefan Grimme 研究小組基于計(jì)算機(jī)的理論分析提供了對(duì)新化合物電子結(jié)構(gòu)的決定性見解。



硅富勒烷的 20 個(gè)硅原子形成一個(gè)十二面體，一個(gè)由規(guī)則五邊形組成的體。它封裝了一個(gè)氯離子。一個(gè)氫原子在主體的每個(gè)硅角處向外突出。



合成該分子的博士生 Marcel Bamberg 解釋說，我們的硅富勒烷是這類新物質(zhì)的前身。氫原子很容易被官能團(tuán)取代，從而賦予硅富勒烷不同的特性。波恩量子化學(xué)家 Markus Bursch 補(bǔ)充說，我們支持有針對(duì)性地生成潛在有用的特性，并對(duì)其產(chǎn)生的影響進(jìn)行理論預(yù)測(cè)。



硅鍺金剛烷代表混合硅鍺合金的組成部分。



Benedikt Köstler 正在開發(fā)這些化合物作為他博士論文的一部分，他說，最近的研究表明，硅鍺合金在重要應(yīng)用領(lǐng)域優(yōu)于純硅半導(dǎo)體。然而，這種合金的生產(chǎn)非常困難，而且你經(jīng)常得到不同成分的混合物。我們已經(jīng)成功地為硅鍺合金的基本構(gòu)建塊開發(fā)了一條簡(jiǎn)單的合成路徑。因此，我們的硅鍺金剛烷能夠在分子上研究硅鍺合金的重要化學(xué)和物理特性。我們還希望在未來使用它來生產(chǎn)具有完美晶體結(jié)構(gòu)的硅鍺合金。



碳在化學(xué)上與元素硅和鍺非常相似，以與兩類新物質(zhì)相當(dāng)?shù)男问匠霈F(xiàn)：碳原子的空心球體（“富勒烯”）對(duì)應(yīng)于硅富勒烷，由碳組成的鉆石由金剛烷亞單元組成.



除其他外，富勒烯可提高有機(jī)太陽能電池的效率，使電動(dòng)汽車的電池更安全，并有望在高溫超導(dǎo)方面取得進(jìn)展。納米金剛石還具有廣泛的應(yīng)用，從藥物到催化研究。



在此背景下，法蘭克福和波恩的研究人員很高興看到他們的硅富勒烷和硅鍺金剛烷將在哪些領(lǐng)域建立起來。



馬蒂亞斯·瓦格納 (Matthias Wagner) 說，使用納米結(jié)構(gòu)的硅和鍺以量子點(diǎn)的形式產(chǎn)生可見光譜的所有顏色的光已經(jīng)成為可能，并且正在對(duì)計(jì)算機(jī)和手機(jī)顯示器以及電信進(jìn)行測(cè)試。除了從化學(xué)技術(shù)潛力來看，我個(gè)人對(duì)我們化合物的高度對(duì)稱性非常著迷：例如，我們的硅富勒烷是五種柏拉圖固體之一，具有永恒的美感。



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