Полупроводниковые сплавы уже существуют — часто сделанные из комбинации материалов с аналогичным расположением атомов — но до сих пор исследователи считали нереалистичным создать сплавы из определенных компонентов.«Может быть, в прошлом ученые смотрели на два материала и говорили, что я не могу смешивать эти два. Мы говорим, что подумайте еще раз», — сказал Аарон Холдер, бывший научный сотрудник NREL, а ныне исследовательский факультет Университета Колорадо.
Боулдер. Холдер является автором новой статьи в журнале Science Advances, озаглавленной «Поведение новых фазовых диаграмм и дизайн материалов в гетероструктурных полупроводниковых сплавах». «Есть способ сделать это».
Ученые, работающие в Центре нового поколения материалов посредством дизайна (CNGMD), совершили прорыв и воплотили идею в жизнь. Исследовательский центр Energy Frontier, который поддерживается Научным отделом Министерства энергетики и исследователями из NREL, Колорадской горной школы, Гарвардского университета, Национальной лаборатории Лоуренса Беркли, Массачусетского технологического института, Государственного университета Орегона и Национальной ускорительной лаборатории SLAC.«Это действительно хороший пример того, что происходит, когда вы объединяете разные учреждения с разными возможностями», — сказал Холдер.
Его соавторами из NREL являются Стефан Лани, Себастьян Сиол, Пол Ндионе, Ховей Пенг, Уильям Тумас, Джон Перкинс, Дэвид Джинли и Андрей Закутаев.Несоответствие между атомными расположениями ранее препятствовало созданию определенных сплавов.
Исследователи из CNGMD смогли создать сплав оксида марганца (MnO) и оксида цинка (ZnO), хотя их атомные структуры сильно различаются. Новый сплав будет поглощать значительную часть естественного солнечного света, хотя по отдельности ни MnO, ни ZnO не могут. «Это очень полезное исследование, когда вы работаете в команде, прогнозируете материал с помощью вычислений и проводите его в лаборатории», — сказал Лани.При использовании тепла смешивание небольшого процента MnO с ZnO уже возможно, но для достижения смеси 1: 1 потребуются температуры, намного превышающие 1000 градусов по Цельсию (1832 градуса по Фаренгейту), и материалы будут снова разделяться по мере охлаждения.Ученые, которые также создали сплав сульфида олова и сульфида кальция, нанесли эти сплавы в виде тонких пленок с помощью импульсного лазерного осаждения и магнетронного распыления.
Ни один из методов не требует таких высоких температур. «Мы показываем, что коммерческие методы осаждения тонких пленок могут быть использованы для изготовления гетероструктурных сплавов, открывая путь к их использованию в реальных полупроводниковых приложениях», — сказал соавтор Закутаев.Исследование позволило впервые взглянуть на фазовую диаграмму гетероструктурных сплавов, выявив путь прогнозирования свойств других сплавов наряду с большой областью метастабильности, которая удерживает элементы в сочетании. «Сплав сохраняется во всем этом пространстве, хотя термодинамически он должен разделяться на фазы и разлагаться», — сказал Холдер.