يتم إجراء الأبحاث الأساسية في مختبر النمو البلوري التابع لمعهد البوليتكنيك بجامعة جنوب الأورال الحكومية لإنشاء مادة جديدة يمكن أن تحل محل أشباه الموصلات التقليدية. لقد اتخذ العلماء أساسًا لسداسي الفريت الباريوم المعروف منذ فترة طويلة ويحاولون استبدال الحديد في تركيبته بالإنديوم.
«يتكون هيكل سداسي الفريت الباريوم من شبكتين فرعيتين: هما مغناطيسيتان ويلغي كل منهما الآخر قليلاً. يقول ألكسندر بوندا – طالب دراسات عليا في قسم علوم المواد والكيمياء الفيزيائية للمواد: نحن نحاول «إدخال» عنصرنا في إحدى الشبكات المتعارضة والحصول على تأثير مغناطيسي أقوى. هناك الكثير من العمل في العالم على استبدال الحديد بالألومنيوم أو الغاليوم. قمنا بتحليل الأدبيات، والبنية الإلكترونية للعناصر الأقرب وفقا لجدول ديمتري إيفانوفيتش مندليف، وأصبحنا مهتمين ماذا لو جربنا الإنديوم، هل سنكون قادرين على استبداله؟ وهذا ما حدث».
الآن يبحث العلم عن معرفة جديدة حول المواد. على مدى العام أو العامين الماضيين، كان العالم يعاني من مشكلة أشباه الموصلات: فقد بدأت الموارد في النفاد، وأصبحت المواد الخام المستخدمة تقليديا نادرة، أصبحت أكثر تكلفة. فلماذا لا نستعد لليوم الذي لا يتبقى فيه شيء؟
لمساعدة الباحثين في تشيليابينسك - مجهر إلكتروني ماسح مزود بمطياف تشتت طاقة الأشعة السينية، ومقياس حيود مسحوق الأشعة السينية، وفرن أنبوبي مُجمَّع ذاتيًا مزود بسخانات من كربيد السيليكون قادرة على الحفاظ على درجات حرارة تصل إلى 1400 درجة مئوية. كل هذا ضروري لتوليف واختبار جودة المواد. يجب على العلماء الحصول على عينة متجانسة في التركيب الكيميائي من أجل توصيف خصائصها بشكل أكثر دقة.
هناك صيغة كيميائية لكيفية خلط مساحيق الأكسيد. تتطلب «الوصفة» التقليدية 12 جزءًا من الحديد. في المرحلة الأولى من التجربة، أخذ العلماء 11 جزءًا من الحديد وجزءًا واحدًا من الإنديوم. تم تحسين برامج درجة الحرارة ووقت الانتظار والتدفئة والتبريد بشكل تجريبي. وبعد النتائج الإيجابية استمر العمل. اليوم، علماء جامعة جنوب الأورال الحكومية هم الوحيدون في العالم الذين تمكنوا من استبدال ثلاثة من أجزاء الحديد الـ 12 بالإنديوم. لقد توصل الزملاء البيلاروسيون ذات مرة إلى واحدة وتوقفوا عند هذا الحد وأوقفوا التجارب.
إذا نجح عمل علماء تشيليابينسك للحصول على مادة جديدة، فسيكون من الممكن البدء في البحث التطبيقي خلال عام. يعد تركيب سيراميك أشباه الموصلات موضوعًا واسعًا وخصبًا للغاية. الاهتمام الرئيسي هو الشركات المصنعة للأجهزة الإلكترونية المختلفة: الاتصالات الكهربائية والراديو، والمقاومات، والثرمستورات، وأجهزة الاستشعار.
«التطبيقات العملية للمادة الجديدة لا حدود لها، يعلق ألكسندر بوندا. - سنكون قادرين على إنشاء أجهزة استشعار لدرجة الحرارة أكثر دقة، على سبيل المثال. يمكننا صنع أشباه الموصلات بخصائص محددة لترتيب معين. دعونا لا نتنافس مع الطبيعة والفيزياء والكيمياء، لكننا سنعرف: نعم، يمكن القيام بذلك. وبعد سنفكر في مكان استخدام كل ذلك.
ووفقا للعلماء، تجري حاليا أبحاث أساسية، ولكن إذا لزم الأمر، فمن الممكن الانتقال إلى الاختبار العملي للمادة الجديدة في غضون عامين.
يتم تنفيذ جميع الأبحاث بدعم من برنامج «الأولوية - 2030» للتطوير الاستراتيجي للجامعات التابع للمشروع الوطني «العلوم والجامعات».ф