Optimering och tillväxt av textur Sb 2 Te 3 kristall genom statistisk design av experiment (DoE). Statistiskt signifikanta nedfallsfaktorer som temperatur, tryck, tillväxthastighet, buffertmaterial, och buffertskiktets tjocklek spelar en avgörande roll för att optimera van der Waals kristalltillväxt. Kredit:Singapore University of Technology and Design (SUTD)
Det har uppskattats att det finns fler än 10 100 möjliga material som kan syntetiseras, vuxit och optimerat. Materialdesign kan vara en långsam och mödosam process, och att undersöka hela parameterutrymmet är en formidabel utmaning. Maskininlärning och andra avancerade statistiska tekniker kommer nästan säkert att påskynda materialutveckling, men många materialforskare är omedvetna om att mycket grundläggande statistiska designmetoder kan påskynda processen. Dessa inkluderar fraktionerad faktoriell design av experiment, som är mer vanligt förekommande av produktingenjörer än materialvetare.
Kalkogenidmaterial i lager, såsom Sb 2 Te 3 , har väckt stor uppmärksamhet under det senaste decenniet på grund av deras topologiskt icke-triviala dåliga struktur, och användning i termoelektrisk och gränssnittsfasförändringsminne. Högkvalitativa kristaller av Sb 2 Te 3 krävs för högpresterande minnes- och energiomvandlingsenheter. Dock, att effektivt optimera kristallkvaliteten är utmanande eftersom den är mycket känslig för ett stort antal syntesparametrar, såsom temperatur, tryck, omgivande material och avsättningshastighet. Det är ofta svårt att bestämma de parametrar som avsevärt påverkar kristallkvaliteten, dvs. "vi kan inte se skogen i träden, " och därför, det är svårt att veta vilken designparameter som ska prioriteras vid optimering.
Forskare från Singapore University of Technology and Design (SUTD) använde Sb 2 Te 3 tillväxtproblem för att demonstrera kraften hos fraktionerad faktoriell design inom materialvetenskap. Efter att ha upptäckt de statistiskt signifikanta parametrarna och interaktionerna som påverkar kvaliteten på Sb 2 Te 3 kristaller, forskargruppen kunde odla högkvalitativ skiktad Sb 2 Te 3 kristaller över en 4" kiselwafer med sputtering, vilket är en industriellt skalbar deponeringsteknik.
SUTD:s huvudutredare, Assistant Professor Robert Simpson sa, "Vår studie visar att dessa tvärvetenskapliga statistiska optimeringstekniker kan ge betydande effektivitetsökningar, och det är därför förbryllande att dessa metoder inte används i stor utsträckning inom materialvetenskap. Kanske beror oviljan att anta fraktionerad faktoriell design på att den är rent statistisk och inte direkt ger information om underliggande fysik. Dock, dessa dagar, Artificiell intelligens underblåser en revolution inom "black box"-optimeringstekniker inom materialvetenskap och att kombinera dem med fysiska modeller kommer utan tvekan att ge radikala förändringar i vårt sätt att göra materialvetenskap."
