Роль монокристаллов в создании новых материалов

Когда дело доходит до создания новых материалов, монокристаллы играют важную роль в представлении более четкой картины внутренних свойств материала. Типичный материал будет состоять из множества более мелких кристаллов, и границы зерен между этими кристаллами могут действовать как препятствия, влияющие на свойства, такие как электрическое или термическое сопротивление.

Исключением из этого правила является то, что при высокой температуре относительно температуры плавления мелкие кристаллы могут иметь тенденцию скользить мимо друг друга, свойство, называемое ползучестью. Именно по этой причине лопасти турбины в некоторых реактивных двигателях или генераторах на самом деле сформированы из монокристаллов сплава на основе никеля. Несколько других повседневных применений с использованием монокристаллов – это полупроводники, детекторы, такие как инфракрасные или радиационные датчики, и лазеры.

С точки зрения исследований, особенно при создании нового материала, ученые хотят удалить как можно больше переменных, чтобы лучше понять свойства материала. Основной способ сделать это – начать с сырья как можно более чистого и производить материал в виде монокристалла. «Вам не нужны дефекты в кристаллической структуре, и вам не нужны примеси, которые могут стать источником дополнительного зародышеобразования». Новые материалы могут иметь новую физику, и мы можем определить, что это такое, если проводить измерения на чистом , первозданный образец (т.е. монокристалл). И если мы делаем это последовательно, мы можем сравнить другие материалы и посмотреть, как они вписываются в наше понимание конкретного поведения ».

Ученые Ames Laboratory используют ряд методов для выращивания монокристаллов, каждый из которых подходит для производства кристаллов из различных типов материалов. Однако основная предпосылка та же: перенасыщать раствор, а затем выпадать в осадок кристалл.