南乌拉尔国立大学理工学院晶体生长实验室正在进行基础研究,以创造一种可以替代传统半导体的新材料。科学家们以早已为人所知的钡六铁氧体为基础,试图用铟代替其成分中的铁。
“钡六铁氧体的结构中有两个亚晶格:它们具有磁性,并且略微相互消音。我们试图将我们的元素“插入”到其中一个相对的晶格中,并获得更强大的磁效应,”材料科学和材料物理化学系研究生亚历山大·普达说。“世界上有很多关于用铝或镓代替铁的研究。我们分析了文献,分析了最接近德米特里·伊万诺维奇·门捷列夫表的元素的电子结构,我们产生了兴趣:如果我们尝试使用铟,会怎么样——有可能取代它吗?它成功了。”
现在科学正在寻找有关材料的新知识。近一两年来,世界一直在经历半导体问题:资源枯竭,传统使用的原材料变得稀缺,而且价格越来越高。那么为什么不为一无所有的那一天做准备呢?
为了帮助车里雅宾斯克的研究人员,我们配备了一台扫描电子显微镜,配备了X射线能量色散光谱仪、一台粉末X射线衍射仪,以及我们自己组装的管式炉,炉内装有碳化硅加热器,能够将温度维持在1400°C。所有这些都是材料合成和质量控制所必需的。科学家必须获得具有均匀化学成分的样品,才能更准确地表征其特性。
关于如何混合氧化物粉末有一个化学公式。传统的“配方”需要12份铁。在实验的第一阶段,科学家们取了11份铁和1份铟。他们根据经验优化了温度、保温时间、加热和冷却程序。在取得积极成果后,工作得以继续。如今,南乌拉尔国立大学的科学家是世界上唯一成功用铟取代十二分之一铁的科学家。白俄罗斯的同事曾经达到过一个,但就此止步,停止了实验。
如果车里雅宾斯克科学家成功获得一种新物质,应用研究可以在一年内开始。半导体陶瓷的合成是一个非常广泛和富有成果的课题。主要感兴趣的是各种电子设备的制造商:电气和无线电通信、电阻器、热敏电阻、传感器。
“新材料的实际应用是无限的,”亚历山大·普达评论道。“例如,我们将能够制造更精确的温度传感器。我们可以为特定订单制造具有特定属性的半导体。我们不会与自然、物理和化学竞争,但我们会知道:是的,这是可以做到的。然后——想想在哪里使用所有这些。”
据科学家介绍,基础研究目前正在进行中,但如果有必要,新材料的实际测试可以在两年内进行。
所有研究均在国家“科学与大学”项目“优先2030”大学战略发展计划的支持下进行。