Uma equipe do Kirensky Institute of Physics (Siberian Branch da Russian Academy of Sciences), juntamente com colegas da Siberian Federal University, ofereceram uma abordagem para a síntese controlada de filmes finos semicondutores de siliceto de manganês superior. Os filmes podem ser usados ​​em conversores termoelétricos e outros dispositivos. A equipe também sugeriu outras áreas de aplicação para esses materiais. Os resultados do trabalho foram publicados em Journal of Materials Science .

Silicidas de manganês superior (MnSi ~ 1,75) são um grupo de compostos de manganês e silício com uma estrutura de cristal exótica chamada "escada de chaminé". Os átomos de manganês formam a própria chaminé, e o silício tem formato semelhante a hélices. Os compostos atribuídos a este grupo diferem uns dos outros pela torção das hélices. Em Mn ₄ Si ₇ , o membro mais famoso do grupo, o manganês é menos torcido do que nas outras 11 fases conhecidas. Ainda, o máximo de torção de hélices em tal estrutura é desconhecido, bem como os meios de síntese direcionada de uma estrutura particular pertencente ao grupo.

Também há uma ambigüidade em suas propriedades físicas. Para realizar a síntese direcionada de diferentes fases de silicidas de manganês superior em um substrato de silício, que pode ser usado para conversores termoelétricos e fotovoltaicos, dispositivos optoeletrônicos e spintrônicos, ainda é bastante difícil para os cientistas. Como uma regra, para obter filmes finos de siliceto de manganês superior, manganês e silício são colocados no substrato de silício, e depois, o sistema é recozido. Nesta condição, átomos de silício se difundem do substrato de silício para a zona de reação e podem alterar a sequência de formação de fase drasticamente, pois a quantidade de silício em diferentes fases de siliceto de manganês superior varia em menos de 1 por cento. Devido a essa difusão, é impossível obter uma fase desejável de siliceto de manganês superior no substrato de silício apenas colocando a quantidade necessária de manganês e silício, e depois aquecendo o sistema. Os átomos de silício do substrato de silício alteram o conteúdo de silício no filme de forma incontrolável. A equipe teve como objetivo resolver esse problema durante o estudo.

Duas fases de silicidas de manganês superior foram selecionadas para a síntese direcionada:Mn ₄ Si ₇ com o mínimo e Mn ₁₇ Si ₃₀ com as hélices mais retorcidas. Como a maioria dos silicidas de manganês superiores bem conhecidos, a primeira fase tem condução do tipo p. Quando a substância é aquecida, suas ligações covalentes são distorcidas, e os elétrons livres começam a se mover. Isso cria buracos que se movem na direção oposta à dos elétrons. A segunda fase mostra a condução do tipo n. Nesse caso, os elétrons livres são os portadores de carga.

"Nesse trabalho, usamos uma abordagem incomum para a síntese de amostras. Assumimos que, se silicidas de manganês superiores se formarem incontrolavelmente a partir da mistura amorfa, sua formação a partir das misturas de fases de outros silicidas de manganês com maior teor de manganês deve diferir também para as diferentes fases. Quaisquer que sejam os elementos da base de silício, um composto da família dos silicetos de manganês superior será sempre o último estágio. Após realizar alguns cálculos termodinâmicos simples, descobrimos o que deve ser colocado na base para Mn ₄ Si ₇ e Mn ₁₇ Si ₃₀ fases para formar, "explicou o co-autor Ivan Tarasov, bolsista de pesquisa no laboratório de física dos fenômenos magnéticos, Kirensky Institute of Physics (Siberian Branch da Russian Academy of Sciences).

Os cientistas decidiram implementar esta ideia e obtiveram as estruturas visadas. Depois, suas propriedades físicas também foram estudadas. A condutividade tipo n de Mn ₁₇ Si ₃₀ não foi confirmado. Cálculos teóricos mostraram que o motivo pode ser a falta de silício, ou seja, a ausência de átomos nos lugares onde se espera que estejam no Mn ₁₇ Si ₃₀ estrutura de cristal. A equipe registrou a maior mobilidade de portadores de carga em filmes de siliceto de manganês superior.

“Depois de estudar as propriedades da nova fase do siliceto de manganês superior, obtivemos resultados bastante interessantes. a abordagem que desenvolvemos para sintetizar esses filmes provou ser eficaz. No futuro, vamos melhorá-lo para obter diferentes silicidas com as propriedades necessárias para uso em dispositivos termoelétricos e fotovoltaicos reais, "concluiu o co-autor Anton Tarasov, professor titular da Siberian Federal University.