|
محققان اروپایی با استفاده از مدلسازی‌های رایانه‌ای مکانیک کوانتومی و فرایندهای
ساخت دقیق، اکسیدهای فلزی شفاف و رسانای جدیدی برای استفاده در محدوده وسیعی از
کاربردهای تحقیقاتی و عملی تولید کرده‌اند.
تصور کنید که بتوانید مشخصات دقیق یک ماده را برای یک مهندس تعریف کرده و سپس ماده
جدید مورد نظر را با همان کیفیتی که نیاز دارید، تحویل بگیرید. این دقیقا هدف پروژه
NATCO (اکسیدهای رسانای شفاف پیشرفته جدید) است که هزینه آن توسط اتحادیه اروپا
تأمین شده است. در این پروژه ابتدا اکسیدهای فلزی شفاف و رسانا (TCOs) با ویژگی‌های
اُپتیکی و الکترونیکی خاص طراحی می‌شود؛ سپس با استفاده از محاسبات مکانیک
کوانتومی، این ویژگی‌ها برای ماده مورد نظر پیش‌بینی شده و سپس با استفاده از
روش‌های ساخت ماده مورد نظر تولید می‌شود؛ در نهایت به‌صورت تجربی ویژگی‌های آن
بررسی می‌‌گردد.
در نتیجه این کار اکسیدهای فلزی کاملاً جدید با کاربردهای بالقوه در حسگرها،
پیل‌های خورشیدی، پنجره‌های هوشمند، و محصولات تجاری و پژوهشی دیگر تولید می‌شود.
این فرایند طراحی منطقی امکان تولید سریع و کارای TCOهای جدید با عملکرد بهبودیافته
را برای محققان ایجاد می‌کند.
مواد اُپتوالکترونیکی کاملاً جدید
TCOها (موادی که رسانایی و شفافیت را به‌طور هم‌زمان دارا هستند) کاربردهای بسیار
زیادی دارند. تا همین اواخر بیشترِ TCOها مبتنی بر ماده‌ای به‌نام ITO بودند (اکسید
ایندیوم حاوی مقدار کمی قلع). این مواد مزایی زیادی دارند، اما دو مشکل بر سر راه
استفاده از آنها وجود دارد. اول اینکه شفافیت آنها به خصوص در محدوده نور مادون
قرمز نزدیک خیلی خوب نیست و دوم، ایندیوم بسیار کمیاب و گران است.
گروه تحقیقاتی NATCO تصمیم گرفتند یک ماده کاملاً جدید را بررسی کنند: کوپرات
استرانسیوم حاوی ناخالصی باریوم. مس، استرانسیوم و باریم بسیار فراوان‌تر و
ارزان‌تر از ایندیم هستند.
محاسبات مکانیک کوانتومی گسترده نشان داد که با وارد کردن چند درصد وزنی ناخالصی
باریوم درون کوپرات استرانسیوم، می‌توان به ماده‌ای رسید که دقیقاً رسانایی
الکتریکی و شفافیت اُپتیکی مورد نظر را داشته باشد.
ساختن مواد جدید یک مشکل اساسی بود. این مواد ابتدا به شکل سرامیک‌های توده‌ای
ساخته شده و سپس لایه‌های نازکی از آنها روی بستر مناسب رسوب داده شدند. این محققان
از دو روش رسوب‌دهی PLD (رسوب‌دهی لیزر پالسی) و MOCVD (رسوب‌دهی شیمیایی آلی فلزی)
بهره بردند.
پس از تولید مواد مورد نظر، ویژگی‌های آنها به‌صورت تجربی اندازه‌گیری شد.
ویژگی‌های اندازه‌گیری شده با مشخصات ماده مورد نظر تطابق بسیار خوبی داشت.
|
