Përdorimi i fushave elektrike për të kontrolluar lëvizjen e defekteve në kristale
Një ekip ndërkombëtar studiuesish, i udhëhequr nga profesori i inxhinierisë së Universitetit të Torontos, Yu Zou, po përdor fusha elektrike për të kontrolluar lëvizjen e defekteve materiale. Kjo punë ka implikime të rëndësishme për përmirësimin e vetive dhe proceseve të prodhimit të kristaleve tipike të brishtë jonike dhe kovalente, duke përfshirë gjysmëpërçuesit – një material kristalor që është një komponent qendror i çipave elektronikë të përdorur për kompjuterë dhe pajisje të tjera moderne.
Në një studim të ri të botuar në Nature Materials, kërkuesit nga Universiteti i Inxhinierisë së Torontos, Universiteti Dalhousie, Universiteti Shtetëror i Iowa-s dhe Universiteti i Pekinit, paraqesin vëzhgime në kohë reale të lëvizjes së dislokimit në një sulfur zinku njëkristalor që kontrollohej duke përdorur një fushë elektrike të jashtme.
“Ky hulumtim hap mundësinë e rregullimit të vetive të lidhura me dislokimin, si vetitë mekanike, elektrike, termike dhe të tranzicionit fazor, përmes përdorimit të një fushe elektrike, në vend të metodave konvencionale”, thotë Ph.D. kandidati Mingqiang Li, autori i parë i punimit të ri.
Në shkencën e materialeve, dislokimi është një defekt linear kristalografik brenda një strukture kristalore që përmban një ndryshim të papritur në rregullimin e atomeve.
Është defekti më i rëndësishëm në materialet kristalore, thotë Zou, pasi mund të ndikojë në forcën, duktilitetin, qëndrueshmërinë, përçueshmërinë termike dhe elektrike të materialeve kristalore, si çeliku i përdorur në aeroplanë dhe silikoni i përdorur në patate të skuqura.
Në trupat e ngurtë kristalorë, duktiliteti dhe formueshmëria e mirë arrihen përgjithësisht nga lëvizja e dislokimit. Si të tilla, metalet që kanë dislokime shumë të lëvizshme mund të deformohen në produkte përfundimtare përmes ngjeshjes, tensionit, rrotullimit dhe falsifikimit – për shembull, kanaçet e aluminit shpohen për të formuar formën.
Në të kundërt, kristalet jonike dhe kovalente në përgjithësi vuajnë nga lëvizshmëria e dobët e dislokimit që i bën ata shumë të brishtë për t’u përpunuar duke përdorur metoda mekanike, dhe si rezultat, të papërshtatshëm për një gamë të gjerë teknikash prodhimi. Në rastin e gjysmëpërçuesve, ata zakonisht janë shumë të brishtë për t’u mbështjellë dhe falsifikuar.
“Forca kryesore lëvizëse e lëvizjes së dislokimit ka qenë zakonisht e kufizuar në stresin mekanik, duke kufizuar rrugët e përpunimit dhe aplikimet inxhinierike të shumë materialeve kristalore të brishtë,” thotë Zou.
“Studimi ynë ofron prova të drejtpërdrejta të dinamikës së dislokimit të kontrolluar nga një stimul jo mekanik, i cili ka qenë një pyetje e hapur që nga vitet 1960. Ne gjithashtu përjashtojmë efekte të tjera në lëvizjen e dislokimit, duke përfshirë ngrohjen e Xhulit, forcën e erës elektronike dhe rrezatimin e rrezeve elektronike. “