化学家从以前不可能的材料开发出纳米结构

时间：2021-07-27 13:52:06 来源：

由以前不可能的材料制成的纳米结构。维也纳

如何在晶体中结合不同的元素？在维也纳工业大学，现在已经开发出一种方法，用于将以前无法达到的高比例的外来原子掺入晶体中。

当您烤蛋糕时，您几乎可以将任何比例的配料混合在一起，而它们仍将始终能够混合在一起。在材料化学上这有点复杂。通常，其目的是通过添加一定比例的附加元素来改变材料的物理特性。但是，并非总是可能将所需的量掺入材料的晶体结构中。在维也纳工业大学，已经开发出一种新方法，利用该新方法可以在锗与所需外来原子之间获得以前无法实现的混合物。这导致具有显着改变的特性的新材料。

锗晶体中更多的锡或镓

“将外来原子有针对性地掺入晶体中以改善其性能实际上是一种标准方法，”维也纳工业大学材料化学研究所的Sven Barth说。我们的现代电子产品基于具有某些添加剂的半导体。掺有诸如磷或硼之类的外来原子的硅晶体是这种晶体的一个例子。

人们还知道，当掺入足够量的锡时，半导体材料锗也会从根本上改变其性能并表现得像金属。然而，实际上，这是以前无法实现的。

当然，人们可以尝试简单地熔化这两种元素，将它们以液体形式彻底混合在一起，然后使其凝固，就像数千年来所做的那样，是为了生产简单的金属合金。“但在我们的案例中，这种简单的热力学方法失败了，因为添加的原子不能有效地混入晶体的晶格系统中，” Sven Barth解释说。“温度越高，原子在材料内部的移动越多。这可能导致这些外来原子被成功掺入后从晶体中沉淀出来，从而在晶体内留下非常低浓度的这些原子。”

因此，Sven Barth的团队开发了一种新方法，该方法将晶体的快速生长与极低的工艺温度联系在一起。在此过程中，随着晶体的生长，不断掺入适量的外来原子。

晶体以纳米级线或棒的形式生长，特别是在比以前低得多的温度下生长，温度范围仅为140-230℃。°“因此，结合的原子流动性降低，扩散过程缓慢，并且大多数原子都留在了您想要的位置，” Barth解释说。

使用这种方法，可以将多达28％的锡和3.5％的镓掺入锗中。这比以前通过这些材料的常规热力学组合所能达到的要大得多-达到30到50倍。

激光，LED，电子元件

这为微电子学开辟了新的可能性：“锗可以与现有的硅技术有效地结合在一起，而且如此高浓度的锡和/或镓的添加在光电子学方面提供了非常有趣的潜在应用，” Sven Barth说。该材料将用于红外激光器，光电探测器或红外范围内的创新型LED，因为锗的物理性质会被这些添加剂大大改变。

刊物：

Seifner等人，“超掺杂锗纳米线的直接合成”，ACSNano 2018，12，12361241；− DOI：Seifner等人，10.1021 / acsnano.7b07248，推动各向异性Ge1- x Sn x纳米结构的组成极限及其热稳定性的测定，化学。物质。2017，29（22），第9802–9813页，DOI：10.1021 / acs.chemmater.7b03969

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