Ученые обнаружили материал, который "плавится наоборот"

Созданный учёными Массачусетского технологического института сплав, плавящийся при охлаждении, можно использовать для очистки промышленного кремния Подобно ледышке в жаркий день, большинство материалов плавятся — то есть переходят из твердого состояния в жидкое — при нагревании. Но некоторые необычные материалы ведут себя по-другому — они плавятся при охлаждении. Группа ученых из Массачусетского технологического института, обнаружила, что кремний, содержащий высокие концентрации определенных металлов, проявляет свойства именно такого<плавления наоборот>.

Созданный химиками из MIT материал — сплав кремния, меди, никеля и железа —<плавится>— точнее, превращается из твердого вещества в смесь твердых и жидких фракций — при охлаждении ниже 900 градусов по Цельсию, тогда как чистый кремний плавится только при 1414 градусах по Цельсию. Более низкая температура облегчила ученым наблюдение за веществом с помощью специального рентгеновского флуоресцентного микроскопа, использующего синхротрон — ускоритель частиц — в качестве источника излучения. Новый материал и его необычные свойства были описаны в статье, опубликованной в журнале Advanced Materials.

Это открытие, возможно, сможет снизить стоимость изготовления некоторых устройств на основе кремния — особенно тех, в которых нужен особенно чистый кремний, так как даже незначительные примеси могут серьезно повлиять на эффективность работы устройства. В новом материале примеси мигрируют из твердых фракций в жидкие, то есть твердый кремний очищается сам собой. Таким образом, можно изготовлять, скажем, солнечные батареи из дешевого кремния с загрязнениями, который будет сам собой очищаться в процессе производства.

<Если создать в объеме кремния маленькие жидкие капли, они будут, как маленькие пылесосы, всасывать примеси>, — комментирует научный руководитель работы, адъюнкт-профессор MIT Тонио Буонассизи. Он полагает, что создание нового материала может привести к новым технологиям выращивания кремниевых нанопроволок — крошечных нитей, отличающихся замечательными тепло- и электропроводностью.

Возможность получения кремния с подобными свойствами Буонассизи предсказывал еще в 2007 году, но сделать это предсказание реальностью и как следует изучить полученный материал он смог только сейчас. Чтобы создать необходимые для получения нового материала условия, им пришлось разработать собственное высокотемпературное устройство, позволяющее с высокой точностью регулировать скорость нагревания и охлаждения образцов. Чтобы наблюдать за тем, что происходит внутри материала, ученым пришлось воспользоваться мощнейшими синхротронными источниками рентгеновских лучей в национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли, штат Калифорния, и Аргоннской национальной лаборатории, штат Иллинойс.

Опытные образцы, вводимые в устройство, напоминали по строению бутерброд — два тонких слоя кремния и между ними<начинка>из меди, никеля и железа.<Бутерброды>нагревались до достаточно высокой температуры, чтобы металлы расплавились и начали проникать в кремний, но недостаточно высокой, чтобы расплавился сам кремний. Количество металла было таким, что сплав стал перенасыщенным — содержание металлов в нем намного превосходило максимальную концентрацию, которую можно было бы получить при неизменных условиях. Точно так же получают жидкие пересыщенные растворы — в нагретой жидкости можно растворить гораздо больше вещества, чем в холодной; при охлаждении раствор становится пересыщенным, пока лишнее вещество не выпадет в осадок. В данном случае при охлаждении достигается состояние, когда<осадок>может выпасть лишь в виде жидкой фазы — идет процесс плавления.

Исследование было профинансировано Министерством энергетики США, Национальным научным фондом США, Фондом имени Клэр Бут Люс и рядом других фондов. Об этом сообщает Информнаука со ссылкой на Массачусетский технологический институт.