В лаборатории роста кристаллов Политехнического института ЮУрГУ ведутся фундаментальные исследования по созданию нового материала, который сможет заменить традиционные полупроводники. Ученые взяли за основу давно известный гексаферрит бария и пытаются заменить в его составе железо на индий.
«В структуре гексаферрита бария есть две подрешетки: они магнитные и немного глушат друг друга. Мы пытаемся «вставить» наш элемент в какую-то из противоборствующих решеток и получить более мощный магнитный эффект, – рассказывает аспирант кафедры материаловедения и физико-химии материалов Александр Пунда. – В мире есть много работ по замещению железа на алюминий или галлий. Мы провели анализ литературы, электронного строения ближайших по таблице Дмитрия Ивановича Менделеева элементов и нам стало интересно: что, если попробовать индий – получится заменить? Получилось».
Сейчас наука ищет новые знания про материалы. Последние год-два в мире наблюдается проблема с полупроводниками: ресурсы иссякают, традиционно применяемого сырья становится мало, оно дорожает. Так почему бы не подготовиться к тому дню, когда совсем ничего не останется?
В помощь челябинским исследователям – сканирующий электронный микроскоп, оборудованный рентгеновским энергодисперсионным спектрометром, порошковый рентгеновский дифрактометр и трубчатая печь собственной сборки с карбидкремниевыми нагревателями, способными поддерживать температуру до 1400 °С. Все это необходимо для синтеза и проверки качества материала. Ученые должны получить однородный по химическому составу образец, для более точной характеристики его свойств.
Существует химическая формула, как нужно замесить порошки-оксиды. По традиционному «рецепту» требуется 12 частей железа. На первом этапе эксперимента ученые взяли 11 частей железа и 1 – индия. Опытным путем оптимизировали температуру, время выдержки, программы нагрева и охлаждения. После положительных результатов работы были продолжены. На сегодняшний день ученые ЮУрГУ – единственные в мире, кто смог из 12 частей железа три заменить на индий. Белорусские коллеги когда-то дошли до единицы, на этом остановились и прекратили опыты.
Если работа челябинских ученых по получению нового вещества пройдет успешно, через год можно будет начинать прикладные исследования. Синтез полупроводниковой керамики – это очень обширная и благодатная тема. Основной интересант – производители различных электронных устройств: электро- и радиосвязи, резисторов, термисторов, датчиков.
«Практическое применение нового материала безгранично, – комментирует Александр Пунда. – Мы сможем создавать более точные датчики температур, например. Мы можем делать полупроводники с заданными свойствами под конкретный заказ. Не будем соперничать с природой, физикой и химией, но будем знать: да, это можно сделать. А дальше – думать, куда все это использовать».
По словам ученых, сейчас ведутся фундаментальные исследования, но в случае необходимости можно перейти к практическим испытаниям нового материала в течение двух лет.
Все исследования ведутся при поддержке программы стратегического развития вузов «Приоритет-2030» нацпроекта «Наука и университеты».