本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点。
物理世界充满了惊喜和令人费解的奇特之处,一种称为逆向熔化的过程可以说是最违反直觉的现象之一。
逆向熔化是指固体物质在其温度降低时变成液体的过程。(想象一下把冰棒放进冰箱里让它变成汁液,你就大致明白了。)一些金属组合已被证明表现出逆向熔化,并且一项于7月29日在《先进材料》(Advanced Materials) 杂志上在线发表的研究表明,浸渍了金属的硅在冷却时也会变成液体。
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该研究的作者解释说,硅在其晶体结构中保留金属掺杂剂的能力随温度升高而增加,他们中的许多人在麻省理工学院的托尼奥·博纳西西光伏研究实验室工作。博纳西西和他的同事将硅片与铜、镍和铁一起加热到 1140 摄氏度——温度足以提高金属在硅中的溶解度,但不足以熔化硅本身——然后迅速冷却。这个过程使硅片处于金属过饱和状态;也就是说,它保留了比正常条件下更多的金属原子。
通过重新加热材料,然后让其冷却到溶解度点以下,研究人员目睹了金属和硅液滴的形成——过饱和的硅片在冷却时以液态形式析出其金属。
博纳西西的研究小组报告说,从冷却硅中形成的液滴会吸出溶解的杂质。研究人员指出,熔化过程可以作为一种控制或去除硅基半导体(如太阳能电池和微芯片)中杂质的方法。
尽管逆向熔化可能违反直觉,但至少物理世界的这种“把戏”是双向的。最近在水中也展示了相反的现象,一组研究人员诱导水在其温度升高时结冰。
发光硅芯片的照片(加热装置内的橙色方块):帕特里克·吉卢利