MIT科学家发现可以增强核材料和计算机芯片耐久性的X射线技术

致力于核材料突破的麻省理工学院科学家们取得了一项对微电子领域具有重大意义的意外发现：他们发现，利用X射线束不仅可以实时观察材料失效，还可以在实验过程中精确控制材料内部的应变量。这项新发现有望为增强半导体芯片的电学和光学特性开辟新方法，为工程师提供制造先进微电子器件的实用工具。

这项研究由资深作者 Ericmoore Jossou 及其同事在《Scripta Materialia》中详细介绍，最初是为了了解关键反应堆材料在强辐射下如何分解。

该团队的装置包括向通过固态脱湿法制备的镍样品发射高度聚焦的高强度X射线——固态脱湿法是通过高温加热薄膜形成单晶的工艺。他们的目标是重现核反应堆典型的恶劣条件，并研究其发生时的腐蚀和开裂情况。

随着实验的不断完善，研究团队发现，通过调整X射线的持续时间和焦点，他们可以通过减弱或增强内部应变来操纵晶体结构。当在镍和硅基底之间添加一层二氧化硅作为缓冲层时，效果最为明显。

这一进步超越了学术好奇心，为半导体行业提供了一种可扩展的技术。

应变工程是指故意扭曲材料的晶格以提高性能，是构建更快、更高效芯片的关键步骤。传统上，这涉及机械方法或在制造过程中引入特定层。

麻省理工学院的发现表明，X 射线束可以成为制造芯片时调整应变的精密工具，这对材料科学来说意味着一举两得：对核环境中的故障有了更深入的了解，并且为电子制造提供了一种新技术。

这些意想不到的结果是在研究人员尝试对受力状态下的镍晶体进行稳定成像时产生的。制备可用的样品需要克服一些可能破坏实验的化学反应，例如镍和硅之间会形成不必要的化合物。

引入薄二氧化硅缓冲层不仅稳定了晶体，而且还使团队能够充分放松应变，以便相位检索算法实时重建样品的 3D 形状。

这种观察晶体在模拟反应堆条件下三维失效的能力，为设计用于反应堆、海军推进系统和其他苛刻环境的更坚固的材料提供了关键数据。

这项工作由 Ericmoore Jossou、David Simonne、Riley Hultquist、Jiangtao Zhao 和 Andrea Resta 等团队成员完成，并获得了麻省理工学院教师启动基金和美国能源部的资助。研究人员目前计划将研究扩展到更复杂的合金，并进一步微调缓冲层厚度对应变控制的影响。