Ett team av forskare från Osaka University, Institutet för högtrycksfysik och Institutet för kärnforskning vid den ryska vetenskapsakademin (Ryssland), och TU Dresden (Tyskland), upptäckt en effektiv metod för att ta bort gallerdefekter från kristaller. Deras forskningsresultat publicerades i Journal of Physics:Materials.

Bor, en halvledare, har en mängd olika kristallstrukturer, men alla av dem har stora mängder gallerdefekter som förstör tillståndet av kristallin ordning. I den här studien, teamet erhöll en ordnad fas av bor genom att tillsätta väte (hydrering) vid höga temperaturer och genom dehydrering genom lågtemperaturglödgning. Denna nya metod är det teoretiska resultatet av forskargrupperna i Japan och Tyskland av ett fenomen som de ryska grupperna upptäckt i experiment.

Gallerdefekter som finns i alla material påverkar många av deras elektriska egenskaper. Korrekt användning av kristallina defekter är användbar i elektroniska tillämpningar av halvledare. Den elektriska ledningsförmågan hos halvledare kan förbättras genom dopning för att producera halvledare av n (negativ) typ eller p (positiv) typ. Denna kontroll av gitterdefekter kallas "valenselektronkontroll" och uppnås genom att dopämnen (föroreningar) placeras i atomställena. Dock, föroreningsatomer som upptar de interstitiella platserna är inte användbara för att kontrollera valenselektroner.

I en borkristall, många atomer är slumpmässigt arrangerade i de interstitiella platserna (Figur 1 (a)). Dessutom, dess kristallstruktur var för hård för att de interstitiella atomerna skulle nå önskvärda platser. För att göra borkristaller som utmärkta halvledarmaterial, det är nödvändigt att omordna slumpmässigt fördelade boratomer till en ordnad struktur.

Således, detta team skapade α-tetragonal (α-T) borkristall vid hög temperatur och högt tryck, med en stor mängd väte som dopningsmedel. De erhållna proverna hade många defekter. Som visas i figur 1 (a), medan B ₁₂ icosaedriska borkluster (grå) är beställda, boratomer (röda) och väteatomer i de interstitiella platserna är slumpmässigt ordnade (väteatomer är utelämnade i figuren). Senare, när proverna återställs till omgivande förhållanden och glödga dem vid måttliga temperaturer, avlägsnandet av väteatomer och ordningen av interstitiella boratomer skedde samtidigt (Figur 1 (b)). Detta indikerar att det slumpmässiga arrangemanget av interstitiella atomer blir en ordnad struktur. Detta är första gången en ordnad borkristall med en stor enhetscell (en enhetscell som innehåller mer än 50 boratomer) erhölls.

Rent generellt, en kristall tar en mer ordnad struktur vid låga temperaturer. Vanligtvis, kristallisation sker vid höga temperaturer, som orsakar många defekter, och dessa defekter stelnar vid låga temperaturer. Dock, när flyktiga väteatomer införlivas i förväg, de frigörs lätt genom glödgning. När hydrering frigörs, migration av atomer induceras, uppnå ordningen av boratomer. Denna övergång är ett slags "samverkansfenomen" mellan två olika förändringar:diffusion av väte och ordningen av värdatomer.

Biträdande professor Shirai från Osaka University säger, "Förutom bor, vår metod för att ta bort defekter kan även tillämpas på kolbaserade material, såsom fulleren, som är mycket hårda och har en hög smältpunkt. Eftersom det är svårt att ta bort defekter från dessa hårda material, vårt recept kommer att vara en effektiv metod för att ta bort defekter även för andra halvledarmaterial."