Ett multinstitutionellt team som leds av U.S. Department of Energy's National Renewable Energy Laboratory (NREL) upptäckte ett sätt att skapa nya legeringar som kan utgöra grunden för nästa generations halvledare.

Halvledarlegeringar finns redan-ofta tillverkade av en kombination av material med liknande atomarrangemang-men fram till nu trodde forskare att det var orealistiskt att göra legeringar av vissa beståndsdelar.

"Kanske har forskare tidigare tittat på två material och sagt att jag inte kan blanda dessa två. Det vi säger är att tänka om, sa Aaron Holder, en tidigare NREL-postdoktoral forskare och nu forskarfakultet vid University of Colorado Boulder. Hållare är motsvarande författare till ett nytt papper i Vetenskapliga framsteg med titeln Nytt fasdiagram beteende och materialdesign i heterostrukturala halvledarlegeringar. "Det finns ett sätt att göra det."

Forskare kopplade till Center for Next Generation of Materials by Design (CNGMD) gjorde genombrottet och tog idén från teori till verklighet. Ett Energy Frontier Research Center, som stöds av energiavdelningens vetenskapliga kontor och forskare från NREL, Colorado School of Mines, Harvard Universitet, Lawrence Berkeley National Laboratory, Massachusetts Institute of Technology, Oregon State University, och SLAC National Accelerator Laboratory.

"Det är ett riktigt bra exempel på vad som händer när man för samman olika institutioner med olika förmågor, "sa Holder. Hans medförfattare från NREL är Stephan Lany, Sebastian Siol, Paul Ndione, Haowei Peng, William Tumas, John Perkins, David Ginley, och Andriy Zakutayev.

Ett missförhållande mellan atomarrangemang hindrade tidigare skapandet av vissa legeringar. Forskare med CNGMD kunde skapa en legering av manganoxid (MnO) och zinkoxid (ZnO), även om deras atomstrukturer är väldigt olika. Den nya legeringen kommer att absorbera en betydande bråkdel av naturligt solljus, även om separat varken MnO eller ZnO kan. "Det är en mycket givande typ av forskning när du arbetar som ett team, beräkna ett material beräknat, och få det att hända i labbet, "Sa Lany.

Med hjälp av värme, att blanda en liten procent av MnO med ZnO är redan möjligt, men att nå en 1:1 -blandning skulle kräva temperaturer som är mycket högre än 1, 000 grader Celsius (1, 832 grader Fahrenheit), och materialen skulle separera igen när de svalnade.

Forskarna, som också skapade en legering av tinsulfid och kalciumsulfid, deponerade dessa legeringar som tunna filmer med pulserande laseravsättning och magnetronförstoftning. Ingen av metoderna krävde så höga temperaturer. "Vi visar att kommersiella tunnfilmsdeponeringsmetoder kan användas för att tillverka heterostrukturala legeringar, öppna en väg till deras användning i verkliga halvledarapplikationer, "sa medförfattaren Zakutayev.

Forskningen gav en första titt på fasdiagrammet för heterostrukturala legeringar, avslöjar en prediktiv väg för egenskaper hos andra legeringar tillsammans med ett stort område av metastabilitet som håller elementen kombinerade. "Legeringen kvarstår över hela detta utrymme, även om den termodynamiskt bör fasas åt och brytas ned, "Sa innehavaren.