Ottimizzazione e crescita della trama Sb 2 Te 3 cristallo mediante disegno statistico dell'esperimento (DoE). Fattori di deposizione statisticamente significativi come temperatura, pressione, tasso di crescita, materiali tampone, e lo spessore dello strato tampone svolgono un ruolo cruciale nell'ottimizzazione della crescita dei cristalli di van der Waals. Credito:Università di tecnologia e design di Singapore (SUTD)
È stato stimato che ci siano più di 10 100 possibili materiali che possono essere sintetizzati, cresciuto e ottimizzato. La progettazione dei materiali può essere un processo lento e laborioso, e investigare l'intero spazio dei parametri è una sfida formidabile. L'apprendimento automatico e altre tecniche statistiche avanzate quasi certamente accelereranno lo sviluppo dei materiali, ma molti scienziati dei materiali non sono consapevoli del fatto che metodi di progettazione statistica molto basilari possono accelerare il processo. Questi includono il disegno fattoriale frazionario degli esperimenti, che è più comunemente usato dagli ingegneri di prodotto che dagli scienziati dei materiali.
Materiali calcogenuri stratificati, come Sb 2 Te 3 , hanno attirato una notevole attenzione nell'ultimo decennio a causa della loro struttura topologicamente non banale, e l'uso in termoelettrici e memoria a cambiamento di fase interfacciale. Cristalli di alta qualità di Sb 2 Te 3 sono necessari per memorie ad alte prestazioni e dispositivi di conversione dell'energia. Però, ottimizzare in modo efficiente la qualità del cristallo è impegnativo perché è altamente sensibile a un gran numero di parametri di sintesi, come la temperatura, pressione, materiali circostanti e tasso di deposizione. Spesso è difficile determinare i parametri che influiscono in modo significativo sulla qualità del cristallo, cioè., "non riusciamo a vedere il bosco tra gli alberi, " e quindi, è difficile sapere a quale parametro di progettazione deve essere data la priorità durante l'ottimizzazione.
I ricercatori della Singapore University of Technology and Design (SUTD) hanno utilizzato lo Sb 2 Te 3 problema di crescita per dimostrare la potenza del disegno fattoriale frazionario nella scienza dei materiali. Dopo aver scoperto i parametri statisticamente significativi e le interazioni che influenzano la qualità dell'Sb 2 Te 3 cristalli, il team di ricerca è stato in grado di coltivare Sb . a strati di alta qualità 2 Te 3 cristalli su un wafer di silicio da 4" mediante sputtering, che è una tecnica di deposizione scalabile industrialmente.
Investigatore principale SUTD, L'assistente professore Robert Simpson ha detto:"Il nostro studio dimostra che queste tecniche di ottimizzazione statistica interdisciplinare possono fornire sostanziali aumenti di efficienza, ed è quindi sconcertante che questi approcci non siano ampiamente utilizzati nella scienza dei materiali. Forse la riluttanza ad adottare un disegno fattoriale frazionario è dovuto al fatto che è puramente statistico e non fornisce direttamente informazioni sulla fisica sottostante. Però, in questi giorni, l'intelligenza artificiale sta alimentando una rivoluzione nelle tecniche di ottimizzazione della "scatola nera" nella scienza dei materiali e la loro collaborazione con modelli fisici fornirà senza dubbio cambiamenti radicali al modo in cui facciamo scienza dei materiali".
