Otimização e crescimento da textura Sb 2 Te 3 cristal por projeto estatístico de experimento (DoE). Fatores de deposição estatisticamente significativos, como temperatura, pressão, taxa de crescimento, materiais tampão, e a espessura da camada tampão desempenha um papel crucial na otimização do crescimento do cristal de van der Waals. Crédito:Universidade de Tecnologia e Design de Singapura (SUTD)
Estima-se que existam mais de 10 100 possíveis materiais que podem ser sintetizados, crescido e otimizado. O design de materiais pode ser um processo lento e trabalhoso, e investigar todo o espaço de parâmetros é um desafio formidável. O aprendizado de máquina e outras técnicas estatísticas avançadas quase certamente acelerarão o desenvolvimento de materiais, mas muitos cientistas de materiais não sabem que métodos muito básicos de projeto estatístico podem acelerar o processo. Isso inclui o projeto fatorial fracionário de experimentos, que é mais comumente usado por engenheiros de produto do que por cientistas de materiais.
Materiais de calcogeneto em camadas, como Sb 2 Te 3 , atraíram atenção substancial na última década por causa de sua estrutura ruim topologicamente não trivial, e uso em termelétricas e memória de mudança de fase interfacial. Cristais de Sb de alta qualidade 2 Te 3 são necessários para memória de alto desempenho e dispositivos de conversão de energia. Contudo, otimizar de forma eficiente a qualidade do cristal é um desafio porque é altamente sensível a um grande número de parâmetros de síntese, como temperatura, pressão, materiais circundantes e taxa de deposição. Muitas vezes é difícil determinar os parâmetros que afetam significativamente a qualidade do cristal, ou seja, "não podemos ver a madeira nas árvores, "e, portanto, é difícil saber qual parâmetro de design deve ser priorizado durante a otimização.
Pesquisadores da Universidade de Tecnologia e Design de Cingapura (SUTD) usaram o Sb 2 Te 3 problema de crescimento para demonstrar o poder do projeto fatorial fracionário na ciência dos materiais. Depois de descobrir os parâmetros estatisticamente significativos e as interações que influenciam a qualidade do Sb 2 Te 3 cristais, a equipe de pesquisa foi capaz de cultivar Sb em camadas de alta qualidade 2 Te 3 cristais sobre um wafer de silício de 4 "usando pulverização catódica, que é uma técnica de deposição escalonável industrialmente.
Investigador principal do SUTD, O professor assistente Robert Simpson disse:"Nosso estudo demonstra que essas técnicas de otimização estatística interdisciplinar podem fornecer aumentos substanciais de eficiência, e, portanto, é surpreendente que essas abordagens não sejam amplamente utilizadas na ciência dos materiais. Talvez a relutância em adotar o planejamento fatorial fracionário se deva ao fato de que é puramente estatístico e não fornece informações diretas sobre a física subjacente. Contudo, nos dias de hoje, a inteligência artificial está alimentando uma revolução nas técnicas de otimização da "caixa preta" na ciência dos materiais e combiná-las com modelos físicos sem dúvida proporcionará mudanças radicais na maneira como fazemos ciência dos materiais. "
