本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點。
物理世界充滿了驚喜和令人費解的奇特之處,一種稱為逆向熔化的過程可以說是最違反直覺的現象之一。
逆向熔化是指固體物質在其溫度降低時變成液體的過程。(想象一下把冰棒放進冰箱裡讓它變成汁液,你就大致明白了。)一些金屬組合已被證明表現出逆向熔化,並且一項於7月29日在《先進材料》(Advanced Materials) 雜誌上線上發表的研究表明,浸漬了金屬的矽在冷卻時也會變成液體。
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該研究的作者解釋說,矽在其晶體結構中保留金屬摻雜劑的能力隨溫度升高而增加,他們中的許多人在麻省理工學院的託尼奧·博納西西光伏研究實驗室工作。博納西西和他的同事將矽片與銅、鎳和鐵一起加熱到 1140 攝氏度——溫度足以提高金屬在矽中的溶解度,但不足以熔化矽本身——然後迅速冷卻。這個過程使矽片處於金屬過飽和狀態;也就是說,它保留了比正常條件下更多的金屬原子。
透過重新加熱材料,然後讓其冷卻到溶解度點以下,研究人員目睹了金屬和矽液滴的形成——過飽和的矽片在冷卻時以液態形式析出其金屬。
博納西西的研究小組報告說,從冷卻矽中形成的液滴會吸出溶解的雜質。研究人員指出,熔化過程可以作為一種控制或去除矽基半導體(如太陽能電池和微晶片)中雜質的方法。
儘管逆向熔化可能違反直覺,但至少物理世界的這種“把戲”是雙向的。最近在水中也展示了相反的現象,一組研究人員誘導水在其溫度升高時結冰。
發光矽晶片的照片(加熱裝置內的橙色方塊):帕特里克·吉盧利