硅是制造計算機(jī)芯片的常見材料。最近，澳大利亞國立大學(xué)（ANU）和英國倫敦大學(xué)學(xué)院的研究人員合作，在硅上制造出激光誘導(dǎo)的微小爆炸，從而創(chuàng)造出多種奇特的新材料。研究人員認(rèn)為，這一新技術(shù)有望為超導(dǎo)、高效太陽能電池和光傳感器領(lǐng)域帶來更簡化的創(chuàng)新和制造工藝。
該研究負(fù)責(zé)人、ANU激光物理學(xué)家安德烈·羅德說：“我們用硅創(chuàng)造了兩種全新的晶體排列，或者說相態(tài)，看起來還可能再造出4種。按照理論預(yù)測，這些材料的電子性質(zhì)非常有趣，比如帶隙可變、適當(dāng)摻雜可能變成超導(dǎo)體等。”
據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)6月29日報道，研究小組把激光聚焦于埋在二氧化硅層下面的硅上，能可靠地在固體硅上炸出一個個小坑，圍繞爆炸點(diǎn)會產(chǎn)生極端高壓，從而形成新的相態(tài)。新相態(tài)結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，研究小組花了一年時間才理解它。
ANU電子材料工程小組的吉姆·威廉姆教授說，他們結(jié)合了電子衍射圖案和結(jié)構(gòu)預(yù)測兩種方法，發(fā)現(xiàn)在這些新材料的晶體結(jié)構(gòu)中，原子分別以12、16或32個數(shù)重復(fù)排列。“微爆炸把原本簡單的硅結(jié)構(gòu)變成了極為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，這可能給它們帶來罕見的、意想不到的性質(zhì)。”
ANU物理與工程研究院教授尤金·伽馬利說，這些復(fù)雜的相態(tài)通常是不穩(wěn)定的，但由于體積很小，新材料能在變質(zhì)之前迅速冷卻并凝固下來。目前，這些新的晶體結(jié)構(gòu)能保存一年以上。
傳統(tǒng)上，創(chuàng)造新材料要通過微鉆石砧打或擠壓材料，而超短激光微爆產(chǎn)生的壓力比鉆石砧所產(chǎn)生的要高出許多倍。
研究小組的新方法有望使這些特殊材料變得更廉價，更易于大規(guī)模工業(yè)制造。“我們能在一秒鐘內(nèi)，在普通硅材料上可靠地造出上千個微米大小的修改區(qū)。”ANU物理與工程研究院博士朱迪·布拉德拜說，“半導(dǎo)體行業(yè)價值幾十億美元，某些硅原子在適當(dāng)位置即使只有微小的變化，也可能產(chǎn)生重大影響。”
有人說，科學(xué)的進(jìn)步就是材料的進(jìn)步。材料的組織結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、功能一直影響著科學(xué)的發(fā)展。這一次，來自澳大利亞和英國的科學(xué)家用一種奇特的方式生產(chǎn)出這種全新的材料，讓我們再次見識到“破壞”的力量——誰也沒有想到，一次爆炸所迸發(fā)出的火花，可以讓不起眼的硅材料繁衍出全新的生命力。依照宇宙爆炸學(xué)說來看，“破壞”一直富有創(chuàng)造力，當(dāng)常規(guī)被打破，原有的秩序就會被顛覆，留給我們的除了一堆爛攤子，說不定還有改變世界的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。
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