Theoretical prediction of a novel hexagonal narrow-gap silicon allotrope under high pressures

六方晶系 材料科学 纳米技术 化学物理 工程物理 结晶学 化学 光电子学 物理
作者
Huimin Hu,Jin–Ho Choi
出处
期刊:Semiconductor Science and Technology [IOP Publishing]
卷期号:39 (4): 045002-045002
标识
DOI:10.1088/1361-6641/ad28f5
摘要

Abstract Silicon material plays a vital role in contemporary technology-related fields, including electronics and the photovoltaics. There is a growing demand for exploring new silicon structures with potential applications, and numerous metastable structures have been reported. In this study, we present the prediction of a novel stable sp 3 hybridized silicon allotrope using particle swarm optimization global structure search. The predicted Si allotrope is a semiconductor with an indirect band gap of approximately 0.21 eV. It possesses three Si basis atoms in the unit cell, and we named it Si 3 . Interestingly, when subjected to strain, it undergoes a transition from a semiconductive state to a metallic state. Furthermore, moderate tensile strain enhances the interactions between silicon and lithium atoms, suggesting its potential for Li-ion batteries. Additionally, Si 3 exhibits exceptional sunlight absorption across a wide range of wavelengths, with a significantly higher light absorption intensity than cubic diamond silicon. These findings have important implications for photovoltaic applications.
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