Ученые превратили цемент в полупроводниковое стекло
Атомная структура нового материала. Изображение: Аргоннские национальные лаборатории
Группа физиков и специалистов по материаловедению смогла превратить смесь оксидов алюминия и магния в совершенно новый материал. Типичные для цемента компоненты стали стеклом, которое демонстрирует полупроводниковые свойства, отличается пониженной хрупкостью, выдерживает действие агрессивных сред и легко поддается обработке. Подробности приводит сайт Аргоннской национальной лаборатории США со ссылкой на статью в Proceeding of the National Academy of Sciences.
В основе технологии получения нового материала лежит комбинация нескольких нетипичных для традиционного цементного производства методов. Смесь оксидов кальция и алюминия плавили сфокусированным лазерным излучением, подвешивали в потоке углекислого газа и затем давали остыть без контакта со стенками. Варьируя состав газового потока, а также температурный режим, ученые смогли добиться формирования совершенно новой атомной структуры материала, который в итоге оказался не кристаллическим, а аморфным.
Результаты рентгеноструктурного анализа показали, что внутри аморфной структуры образца возникают микроскопические пустоты, играющие роль ловушек для свободных электронов. Благодаря этим электронам весь материал в целом начинает проводить электрический ток, однако далеко не так, как это делают металлы: свойства стеклянного цемента оказались ближе к свойствам полупроводников. Ученые относят свой материал к классу металлических стекол и утверждают, что им впервые удалось синтезировать из оксидов кальция и алюминия материал, свойства которого близки к свойствам аморфных металлов.
Как ранее сообщалось в статье другой группы исследователей, работавшей с металлическими стеклами, изучение подобных эффектов важно не только потому, что оно позволяет синтезировать ценные с промышленной точки зрения материалы. Аналогичные превращения диэлектрических горных пород в полупроводники могут происходить и в земной коре при землетрясениях. Авторы новой работы считают, что их эксперименты помогут понять то, каким образом можно превращать обычные вещества в полупроводники.