16 авг. 2010 г.

И что нам это даст?

Подобно кубику льда в знойный день, большинство материалов плавятся – то есть переходят из твёрдого состояния в жидкое при нагревании. Но существуют и исключения: парочка «своеобразных» материалов тают во время охлаждения. Группа учёных из Массачусетского технологического института обнаружила, что столь необычными свойствами обладает и кремний, широко используемый в компьютерных микросхемах и солнечных батареях. «Ретроградное плавление» присуще ему в случае содержания в кремнии высокой концентрации определённых металлов.

Соединение кремния, меди, никеля и железа тает (фактически переходит из твёрдого состоянии в жидкое, либо в некое подобие жижи) при температуре, ниже 900 °С, в то время как кремний обычно плавится при температуре +1414 °С. Гораздо более низкие температуры позволяют наблюдать за поведением материала во время таяния, основываясь на использовании специализированной технологии рентгенофлуоресцентного микрозондирования с применением синхротрона – типа ускорителя частиц – в качестве источника.

Результаты исследования могут привести к понижению стоимости некоторых устройств на основе кремния, особенно тех, в которых незначительное количество примесей может существенно снизить производительность. Например, для изготовления солнечных батарей можно будет использовать менее чистый, и, следовательно, менее дорогой, кремний, который будет очищаться во время производственного процесса.

«Если Вы можете создать небольшие жидкие капли внутри кремниевого блока, они послужат маленькими «пылесосами» для поглощения примесей», – объяснил возглавивший команду исследователей Тонио Буонассиси (Tonio Buonassisi), доцент машиностроения и производства.

Ещё в 2007 году Буонассиси предсказывал возможность ретроградного плавления кремния. Но лишь недавно учёным удалось получить все необходимые условия для достижения такого состояния и для его изучения на микроскопическом уровне.

Материал, который использовался учёными, представлял собой подобие сэндвича из двух тонких слоёв кремния с «начинкой» из меди, никеля и железа между ними. Сначала объект был нагрет до температуры, вызвавшей растворение металлов в кремнии (при этом она не достигала температуры его плавления). Значительные объёмы металла привели к «перенасыщению» кремния – то есть в нём растворилось больше примесей, чем это было бы возможно в стабильных условиях. Например, когда жидкость нагревается, она может растворить большее количество другого материала, но затем, при остывании, она становится перенасыщенной – до того момента, пока избыточные примеси не выпадают в осадок.

В изучаемом исследователями случае, когда металлы растворились в твёрдом кремнии, охлаждение до определённой точки привело к образованию осадков. «И у них нет другого выбора, кроме как выпасть в осадок в жидкой форме», – объяснил Буонассиси. Именно в этот момент материал начинает плавиться.

Источник: mit.edu

Комментариев нет: