新工藝下生產「不切實際」的合金

圖為NREL團隊成員，從左到右依次為：Stephan Lany，Aaron Holder，Paul Ndione和Andriy Zakutayev。

近期，美國能源部（DOE）的國家可再生能源實驗室（NREL）領導的多機構團隊發現了一種製備新型合金的生產工藝，該工藝製備的新型合金為下一代半導體的發展奠定了基礎。

現存的半導體合金大多由具有相似原子排列的材料的組合製成。且到目前為止，研究人員認為這種用某些成分製備合金的方法是不切實際的。

科羅拉多州博爾德分校研究部門的研究員兼前任NREL博士後研究員Aaron Holder說：「在過去，當科學家們看到兩種不同材料時，或許會說我不能將這兩種材料進行混合，從而製備一種新型材料。但是現在，我們應該對我們所說的話進行反思。」其中科學進步工作論文的相關作者表示：「針對兩種材料的混合問題，目前有辦法將其解決。」

在研究人員與下一代材料設計中心（CNGMD）齊心協作下，該項目取得了重大突破，終於從理論走向了生產。其中CNGMD得到了美國能源部科學辦公室的支持，而研究人員則是來自NREL、科羅拉多礦業學院、哈佛大學、勞倫斯伯克利國家實驗室、馬薩諸塞理工學院、俄勒岡州立大學和SLAC國家加速器實驗室的高精尖人才。

Holder說：「用一個簡單例子來解釋這種新工藝，即當您將不同機構賦予不同的功能時，會發生什麼。」其中與Holder合作的作者皆是來自NREL，他們是Stephan Lany、Sebastian Siol、Paul Ndione、Haowei Peng、William Tumas、John Perkins、David Ginley和Andriy Zakutayev。

在過去，規整排列的原子間是難匹配的，所以阻礙了某些合金的生成。現今，儘管氧化錳（MnO）和氧化鋅（ZnO）的原子結構差異很大，但是CNGMD的研究人員如今已經能夠生產氧化錳（MnO）和氧化鋅（ZnO）的合金。這種新型合金可以吸收大量的自然陽光，即使MnO和ZnO本身並不能吸收自然光。Lany還表示：當你在一個團隊中工作時，這是非常有意義的一件事，大家齊心協力，經計算機預測一種材料，對其進行研究分析，經多次實驗後該種材料被製備成品。

將少量的MnO與ZnO混合可以通過加熱的方法來實現，但是當二者混合比達到1:1時，所需溫度將遠遠高於1000°C（1832°F），並且當將材料冷卻時，二者會再次分離。

相反，科學家們利用脈衝激光沉積和磁控濺射的方法將MnO和ZnO製備成薄膜，這一工藝過程不需要很高的溫度；並且這個過程也適用於利用硫化錫和硫化鈣製備的合金。Zakutayev說：「我們得出以下結論：商用薄膜沉積方法可用於製造異質結構合金，這為當今世界的半導體應用開闢了道路。」

最後，該項研究也首次介紹了異質結構合金的相圖，這在預測其他合金性能及保持元素組合的大面積亞穩態方面提供了一種可行的方法。Holder說：「雖然在熱力學上存在相分離及相分解，合金在整個空間中仍然是存在的。」

原文來自：materialstoday，由材料科技在線團隊翻譯整理。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！