СТУПЕНИ К ВЫСШЕМУ

Высшие силициды марганца — семейство соединений марганца и кремния с особой кристаллической структурой, именуемой «лестницей в трубе». Марганец формирует «трубу», а кремний — винтовые «лестницы». Соединения такого типа отличаются друг от друга тем, насколько закручена кремниевая спираль. Границы этой закрученности, способы целенаправленного синтеза той или иной структуры, а также физические свойства этих соединений пока не до конца изучены.

До недавних пор было неизвестно, как можно контролируемо получать разные фазы высших силицидов марганца на кремниевых подложках. Обычно на таких основах происходит нерегулируемая диффузия атомов кремния из подложки, что влияет на содержание этого элемента в получаемой пленке. В рамках совместного исследовательского проекта решением этой проблемы занялись ученые из Института физики СО РАН, Института физики металлов УрО РАН, Института химии и химической технологии СО РАН, Сибирского и Уральского федеральных университетов, а также из Сибирского государственного аэрокосмического университета.

В работе ученых использовался оригинальный подход к синтезу образцов. Исходная предпосылка заключалась в том, что если образование высших силицидов марганца из аморфной смеси марганца и кремния происходит неконтролируемо, то их образование из смеси фаз других силицидов марганца с более высоким содержанием марганца для разных фаз марганца также будет протекать по-разному. Таким образом, неважно, какие составляющие находятся на кремниевой подложке с самого начала, последней фазой всегда будет соединение из семейства высших силицидов марганца. Термодинамические расчеты позволили выяснить, что должно находиться на подложке, чтобы в конечном итоге сформировались фазы Mn₄Si₇ и Mn₁₇Si₃₀, с наименее и наиболее закрученной кремниевой «лестницей» соответственно.

Ученые получили заявленные структуры, после чего изучили их физические свойства. В дальнейшем технология синтеза будет совершенствоваться для получения различных силицидов, которые будут обладать свойствами, необходимыми для работы в реальных термоэлектрических и фотовольтаических устройствах, применяемых для преобразования тепла и солнечной энергии в электричество.