俄羅斯科學家可以精確控制高錳硅化物薄膜的形成

Mn17Si30（左）和Mn4Si7（右）樣品的合成示意圖。來源：Ivan Tarasov

來自KrimsKy物理研究所（俄羅斯科學院西伯利亞分校）的一個團隊與西伯利亞聯邦大學的研究者們，提供了一種控制合成半導體高錳硅化物薄膜的方法。這種薄膜可用於熱電轉換器和其他設備。研究小組還提出了這些材料在其他領域的應用。這項研究結果發表在《材料科學》雜誌上。

高錳硅化物（MnSi~ 1.75）是一組錳和硅的化合物，他們具有一種奇特的晶體結構，稱為「煙囪梯」（chimney-ladder.）。錳原子形成煙囪本身，硅的形狀類似於螺旋。這歸因於這種化合物因螺旋的扭曲程度而彼此不同。對於Mn4Si7，是這個組分中最著名的化合物，錳比已知的其他11個相而言扭曲較少。然而，在這樣的結構中螺旋的最大扭曲是未知的，以及針對該組的特定結構的目標合成的手段也是未知的。

在它們的物理性質方面也存在歧義。為了在硅襯底上進行不同階段的高錳硅化物的靶向合成，對於科學家來說仍然是相當困難的。通常，為了獲得更高的錳硅化物薄膜，錳和硅被放置在硅襯底上，然後，對系統進行退火。在這種情況下，硅原子從硅襯底擴散到反應區，並且隨著不同的高錳硅化物相在1%以內變化，可能會急劇地改變相形成序列。由於這種擴散，僅僅在所需的錳和硅量下，然後加熱系統，就不可能在硅襯底上獲得理想的高錳硅化物相。硅襯底上的硅原子會不可控地改變薄膜中的硅含量。研究小組的目的是在研究過程中解決這個問題。

選擇高錳硅化物的兩個相為目標合成：Mn4Si7（具有最小螺旋）和Mn17Si30（具有最大螺旋）。與大多數已知的高錳硅化物一樣，第一相具有p型導電性。當物質被加熱時，它的共價鏈被扭曲，自由電子開始移動。這產生了與電子相反的方向移動的空穴。第二相顯示n型導電。在這種情況下，自由電子是電荷載流子。

「在這項工作中，我們使用了一種不尋常的方法來合成樣品。我們假設，如果較高的錳硅化物不可控地從無定形混合物中形成，它們從其它錳硅化物相的混合物中形成的錳含量較高，對於不同的相也會不同。無論硅基底上的元素如何，硅錳較高的化合物都將是最後一個階段形成的。在進行了一些簡單的熱力學計算之後，我們發現了在Mn4Si7和Mn17Si30相的基礎上應該形成什麼，」合著者Ivan Tarasov解釋說，他是Krimkyk俄羅斯科學院物理研究所磁現象物理實驗室的研究員。

科學家們決定實施這個想法並獲得目標結構。之後，對它們的物理性質進行了研究。Mn17Si30的n型導電性沒有得到證實。理論計算表明，其原因可能是硅空位造成的，即它們在Mn17Si30晶體結構中所處位置的原子缺失。該團隊在較高的硅化錳薄膜中記錄了最高的載流子遷移率。

「研究了硅化錳新相的性質，得到了很有意義的結果。最重要的是，我們開發的合成這種膜的方法被證明是有效的。在未來，我們將改進合成方法以獲得不同的硅化物，它具有實際熱電和光伏器件中所需的性能。」合著者西伯利亞聯邦大學高級講師Anton Tarasov這麼說。

文章來自phys，原文題目為Research team creates hydrogel adhesives to seal wounds，由材料科技在線匯總整理

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