激光微爆技术把硅变成复杂奇特的新材料

寂静天花板

硅是制造计算机芯片的常见材料。最近，澳大利亚国立大学（ANU）和英国伦敦大学学院的研究人员合作，在硅上制造出激光诱导的微小爆炸，从而创造出多种奇特的新材料。研究人员认为，这一新技术有望为超导、高效太阳能电池和光传感器领域带来更简化的创新和制造工艺。
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该研究负责人、ANU激光物理学家安德烈·罗德说：“我们用硅创造了两种全新的晶体排列，或者说相态，看起来还可能再造出4种。按照理论预测，这些材料的电子性质非常有趣，比如带隙可变、适当掺杂可能变成超导体等。”
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$ x: k( o) U9 R, I. W据物理学家组织网6月29日报道，研究小组把激光聚焦于埋在二氧化硅层下面的硅上，能可靠地在固体硅上炸出一个个小坑，围绕爆炸点会产生极端高压，从而形成新的相态。新相态结构很复杂，研究小组花了一年时间才理解它。
　　
ANU电子材料工程小组的吉姆·威廉姆教授说，他们结合了电子衍射图案和结构预测两种方法，发现在这些新材料的晶体结构中，原子分别以12、16或32个数重复排列。“微爆炸把原本简单的硅结构变成了极为复杂的结构，这可能给它们带来罕见的、意想不到的性质。”
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ANU物理与工程研究院教授尤金·伽马利说，这些复杂的相态通常是不稳定的，但由于体积很小，新材料能在变质之前迅速冷却并凝固下来。目前，这些新的晶体结构能保存一年以上。
　　
传统上，创造新材料要通过微钻石砧打或挤压材料，而超短激光微爆产生的压力比钻石砧所产生的要高出许多倍。
　　
1 Y0 V# j0 W3 X3 q研究小组的新方法有望使这些特殊材料变得更廉价，更易于大规模工业制造。“我们能在一秒钟内，在普通硅材料上可靠地造出上千个微米大小的修改区。”ANU物理与工程研究院博士朱迪·布拉德拜说，“半导体行业价值几十亿美元，某些硅原子在适当位置即使只有微小的变化，也可能产生重大影响。”
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关键还是掺杂。