Физики экспериментально показали, что кремний может "таять наоборот" - то есть переходить из твердого состояния в жидкое не при нагревании, а при охлаждении.
Работа ученых опубликована в журнале Advanced Materials. Коротко исследование описано в пресс-релизе Массачусетского технологического института (MIT), сотрудники которого принимали участие в работе.
Способность к обратному таянию (retrograde melting) известна для небольшого количества "хитрых" материалов, например сплава плутония и железа в определенных пропорциях. В 2007 году группа ученых предположила, что при некоторых условиях кремний также может таять при понижении температуры. Для того чтобы запустить в кремнии обратное таяние, необходимо добавить в материал некоторые металлы - медь, никель и железо - в определенных пропорциях.
В ходе нового исследования ученые создали такой материал и изучили его свойства при нагревании и охлаждении. Для этого физикам пришлось сконструировать особую микроскопическую установку, способную работать при высоких температурах. Чтобы получить "обратно тающий" кремний специалисты расположили слой примесных металлов между двумя прослойками "обычного" кремния. Получившийся "бутерброд" нагревали до температуры, достаточной для того, чтобы металлы растворились в кремнии, но сам кремний еще не начал плавиться (здесь речь идет о "нормальном" плавлении, которое происходит при 1414 градусах Цельсия).
Количество металлов было рассчитано таким образом, чтобы при их растворении кремний превратился бы в пересыщенный раствор - то есть содержание растворенных в нем веществ оказалось бы больше, чем это возможно в нормальных условиях. При постепенном охлаждении смеси ниже 900 градусов силикон начинал плавиться, а примесные металлы выпадали в осадок в образовавшуюся жидкую фазу.
Как отмечают авторы работы, свойство кремния к обратному таянию позволит разработать новые процедуры его очистки от загрязняющих примесей - после того как металлы выпадут в жидкую фазу, оставшийся кремний останется очень чистым. Такой кремний необходим для создания некоторых электронных устройств. |
