Mn₁₇Si₃₀（左）和Mn₄Si₇（右）样品的合成示意图。来源：Ivan Tarasov

来自KrimsKy物理研究所（俄罗斯科学院西伯利亚分校）的一个团队与西伯利亚联邦大学的研究者们，提供了一种控制合成半导体高锰硅化物薄膜的方法。这种薄膜可用于热电转换器和其他设备。研究小组还提出了这些材料在其他领域的应用。这项研究结果发表在《材料科学》杂志上。

高锰硅化物（MnSi~ 1.75）是一组锰和硅的化合物，他们具有一种奇特的晶体结构，称为“烟囱梯”（chimney-ladder.）。锰原子形成烟囱本身，硅的形状类似于螺旋。这归因于这种化合物因螺旋的扭曲程度而彼此不同。对于Mn₄Si₇，是这个组分中最著名的化合物，锰比已知的其他11个相而言扭曲较少。然而，在这样的结构中螺旋的最大扭曲是未知的，以及针对该组的特定结构的目标合成的手段也是未知的。

在它们的物理性质方面也存在歧义。为了在硅衬底上进行不同阶段的高锰硅化物的靶向合成，对于科学家来说仍然是相当困难的。通常，为了获得更高的锰硅化物薄膜，锰和硅被放置在硅衬底上，然后，对系统进行退火。在这种情况下，硅原子从硅衬底扩散到反应区，并且随着不同的高锰硅化物相在1%以内变化，可能会急剧地改变相形成序列。由于这种扩散，仅仅在所需的锰和硅量下，然后加热系统，就不可能在硅衬底上获得理想的高锰硅化物相。硅衬底上的硅原子会不可控地改变薄膜中的硅含量。研究小组的目的是在研究过程中解决这个问题。

选择高锰硅化物的两个相为目标合成：Mn₄Si₇（具有最小螺旋）和Mn₁₇Si₃₀（具有最大螺旋）。与大多数已知的高锰硅化物一样，第一相具有p型导电性。当物质被加热时，它的共价链被扭曲，自由电子开始移动。这产生了与电子相反的方向移动的空穴。第二相显示n型导电。在这种情况下，自由电子是电荷载流子。

“在这项工作中，我们使用了一种不寻常的方法来合成样品。我们假设，如果较高的锰硅化物不可控地从无定形混合物中形成，它们从其它锰硅化物相的混合物中形成的锰含量较高，对于不同的相也会不同。无论硅基底上的元素如何，硅锰较高的化合物都将是最后一个阶段形成的。在进行了一些简单的热力学计算之后，我们发现了在Mn₄Si₇和Mn₁₇Si₃₀相的基础上应该形成什么，”合著者Ivan Tarasov解释说，他是Krimkyk俄罗斯科学院物理研究所磁现象物理实验室的研究员。

科学家们决定实施这个想法并获得目标结构。之后，对它们的物理性质进行了研究。Mn₁₇Si₃₀的n型导电性没有得到证实。理论计算表明，其原因可能是硅空位造成的，即它们在Mn₁₇Si₃₀晶体结构中所处位置的原子缺失。该团队在较高的硅化锰薄膜中记录了最高的载流子迁移率。

“研究了硅化锰新相的性质，得到了很有意义的结果。最重要的是，我们开发的合成这种膜的方法被证明是有效的。在未来，我们将改进合成方法以获得不同的硅化物，它具有实际热电和光伏器件中所需的性能。”合著者西伯利亚联邦大学高级讲师Anton Tarasov这么说。

文章来自phys，原文题目为Research team creates hydrogel adhesives to seal wounds，由材料科技在线汇总整理。