Os pesquisadores usaram o laser de raios X Linac Coherent Light Source (LCLS) no Laboratório Nacional de Aceleradores SLAC do Departamento de Energia para investigar como o silício puro se comporta sob fortes pressões. Seu trabalho pode abrir a porta para o projeto de materiais de armazenamento de energia de próxima geração e dispositivos de alta tecnologia capazes de operar de forma confiável mesmo em ambientes extremamente adversos.

Para compreender melhor a estrutura eletrónica do silício, os investigadores utilizaram o laser de raios X do instrumento Matter in Extreme Conditions do LCLS para submeter uma amostra a pressões cinco milhões de vezes mais extremas do que a pressão atmosférica da Terra. Eles observaram como a pressão causa mudanças em escala atômica e mediram como essas mudanças influenciam as propriedades ópticas e eletrônicas do silício.

O silício, um dos semicondutores mais conhecidos e a “espinha dorsal” da tecnologia atual, torna-se um condutor elétrico útil sob condições específicas; os cientistas não tinham visto anteriormente as propriedades ópticas do silício na pressão mais alta alcançada nesta investigação.

Embora ainda seja um metal – o que significa que se comporta tanto óptica quanto eletricamente como a maioria dos metais tradicionais – as estruturas eletrônicas em sua estrutura cristalina se assemelham às ligações altamente direcionais normalmente exibidas pelos semicondutores. As suas observações também realçaram a excepcional resistência mecânica do silício:mesmo às enormes pressões atingidas, a sua estrutura só tinha sido minimamente modificada em relação à rede "ideal" original formada por cristais únicos e puros de silício. À medida que os pesquisadores avançam ainda mais na compreensão dos materiais, os pesquisadores destacaram que mais insights ajudarão os cientistas a prever ainda melhor como as propriedades eletrônicas, ópticas e dos materiais dos semicondutores podem ser ajustadas por meio de engenharia e síntese precisa, à medida que obteremos um conhecimento cada vez mais detalhado de como suas estruturas físicas fundamentais são afetadas pela alteração de sua geometria atômica por meio de forças aplicadas (por exemplo, pressão)."