Eine internationale Forschungszusammenarbeit hat erfolgreich ein neuartiges Halbleitermaterial auf Basis einer Germanium-Zinn-Legierung synthetisiert, das Potenzial für optoelektronische Anwendungen zeigt. Das von Forschern der Universität Edinburgh geleitete Team stellte diese stabile Legierung mittels einer Hochtemperatur-Hochdruck-Methode her. Die Forschungsergebnisse wurden im „Journal of the American Chemical Society“ veröffentlicht.
Germanium-Zinn-Legierungen gelten als eine neue Klasse von Halbleitermaterialien, die in Bezug auf die Photoelektrizitäts-Konversionseffizienz möglicherweise besser abschneiden könnten als das derzeit weit verbreitete Silizium. Solche Halbleitermaterialien sind Schlüsselkomponenten für die Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie und umgekehrt und sind daher von großer Bedeutung für die Entwicklung effizienterer optoelektronischer Bauelemente. Aufgrund der Tatsache, dass Germanium und Zinn unter normalen Bedingungen nur schwer miteinander reagieren, war die Synthese von praktisch nutzbaren Germanium-Zinn-Legierungen jedoch stets eine Herausforderung.
Das Forschungsteam wählte einen innovativen Syntheseweg. Sie erhitzten eine Mischung aus Germanium und Zinn auf über 1200 Grad Celsius und setzten sie einem extrem hohen Druck von bis zu 10 Gigapascal aus. Mit dieser Methode gelang es ihnen im Labor, das stabile neue Halbleitermaterial herzustellen. Das Team gibt an, dass der Prozess letztendlich bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck Legierungen für die Bauelementefertigung liefern könnte.
An der Forschung waren Wissenschaftler mehrerer Institute der Universität Edinburgh im Vereinigten Königreich, des Helmholtz-Zentrums Potsdam – Deutsches GeoForschungsZentrum (GFZ) in Deutschland, der Université de Lille und der Université Grenoble Alpes in Frankreich, der Universität Bayreuth sowie der European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) beteiligt. Dr. George Serghiou von der School of Engineering der Universität Edinburgh, der die Studie leitete, sagte: „Diese Arbeit eröffnet durch unseren neu definierten synergistischen Weg – die Schaffung von Reaktivität und die Lenkung der Rückgewinnung von Materialien mit der gewünschten Kristallstruktur – neue Wege für das Design neuer Materialien. Diese Forschung zielt darauf ab, den wachsenden Energiebedarf elektronischer Geräte und Rechenzentren zu decken, die innovative Wege benötigen, um neue Halbleitermaterialien zu entwickeln, die Licht nutzen können, um die Energieeffizienz zu steigern.“
Das Forschungsteam weist darauf hin, dass der zukünftige Einsatz solcher neuartigen Halbleitermaterialien in Geräten wie Computerprozessoren oder medizinischen Bildgebungssystemen dazu beitragen könnte, deren Leistungsfähigkeit zu steigern und den Energieverbrauch zu senken.
Weitere Informationen: Autoren: George Serghiou et al., Titel: „Hexagonal Germanium–Tin Alloys by High Pressure and Compositional Steering“, veröffentlicht in: Journal of the American Chemical Society (2025). Zeitschrifteninfo: Journal of the American Chemical Society
