«Золото дураков» — так минералоги прозвали пирит за металлический блеск, из-за которого его путали с настоящим золотом старатели. Теперь этот дешевый и распространенный минерал неожиданно пригодился совсем в другой области: ученые из Миннесотского университета обнаружили, что низкосортную железную руду можно напрямую превращать в пирит полупроводникового качества, не прибегая к дорогой дополнительной очистке. Работа опубликована в журнале Physical Review Applied.
Миннесота — крупнейший производитель железной руды в США. На штат приходится около 75% всей добычи в стране, а железная отрасль приносит региону более 4 млрд долларов дохода в год. Десятилетиями эту добычу обеспечивает Месаби-Рейндж, во многом благодаря таконитовому процессу обогащения бедной руды, который еще в прошлом веке разработал в Миннесотском университете инженер Эдвард Уилсон Дэвис. Команда протестировала три типа руды и выяснила, что лучше всего для превращения в полупроводник подходит так называемый Direct Reduced Grade Taconite — одна из самых распространенных в Миннесоте марок.
Руководитель исследования, профессор кафедры химической инженерии и материаловедения Крис Лейтон, признался, что результат удивил даже саму команду. «Мы поняли, что пирит на самом деле не похож на типичный полупроводник: он на удивление невосприимчив к примесям», — рассказал он. По его словам, есть множество причин полагать, что это попросту невозможно, но при обработке грязной, то есть низкосортной, железной руды прямо с Железного хребта Миннесоты ее удавалось легко превратить в полупроводниковый пирит без каких-либо дополнительных этапов очистки.
Обычные полупроводники, такие как кремний, требуют исключительно чистого исходного сырья: даже незначительные примеси портят их электронные свойства. Пирит в этом смысле оказался куда более выносливым материалом. При этом он сильно поглощает свет, состоит из широко распространенных и недорогих элементов и, в отличие от многих альтернатив, совершенно нетоксичен.
Именно эти свойства делают пирит перспективным материалом для солнечных панелей, аккумуляторов, электронных устройств и систем очистки воды. Дальше команда планирует протестировать другие типы руды и научиться изготавливать из пирита не только объемные кристаллы, но и тонкие пленки, более пригодные для реальных устройств.
Ранее мы писали о том, что в России изобрели новый способ охлаждения полупроводников светом вместо вентилятора — ученые построили энергетическую «лестницу» для экситонов, которая помогает чипам не перегреваться.