200年來，科學(xué)家一直未能在實(shí)驗(yàn)室種植出一種自然形成的常見礦物“白云石”，但現(xiàn)在，來自美國和日本的科學(xué)家終于取得了成功。發(fā)表于最新一期《科學(xué)》雜志的研究成果，有望為半導(dǎo)體、太陽能電池板等領(lǐng)域帶來性能更優(yōu)異的材料。

白云石廣泛存在于意大利白云石山脈、加拿大尼亞加拉瀑布、英國多佛白崖和美國猶他州胡杜斯，在有1億年歷史的巖石中非常豐富，但在較年輕的地層中幾乎難覓芳蹤。了解白云石在自然界中如何生長，有助于促進(jìn)現(xiàn)代技術(shù)所需要材料的晶體生長。

密歇根大學(xué)研究人員最終在實(shí)驗(yàn)室中種植出白云石的秘訣是：在其生長過程中去除礦物質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)的缺陷。白云石在生長過程中形成的缺陷使一層有序的白云石需要1000萬年才能形成，但幸運(yùn)的是，這些缺陷并沒有“被鎖死”。因?yàn)闊o序的原子比有序的原子更不穩(wěn)定，用水沖洗礦物時(shí)，它們最先溶解。因此，如果被雨水或潮汐反復(fù)沖洗掉這些缺陷，只需幾年時(shí)間就能形成一層白云石。

準(zhǔn)確模擬白云石的生長過程需要大量算力，為此研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一款新軟件，使原本需要5000個(gè)CPU工作1小時(shí)的工作在2毫秒內(nèi)完成，讓他們得以在地質(zhì)時(shí)間尺度上模擬白云石的生長。

北海道大學(xué)研究人員則借助透射電子顯微鏡測試了上述理論。他們將一小塊白云石晶體放入鈣和鎂的溶液中，隨后在2小時(shí)內(nèi)朝其發(fā)射4000次電子束，消除了缺陷，而接受了“脈沖”洗禮的白云石生長了約100納米。

研究人員表示，過去科學(xué)家想要制造沒有缺陷的晶體材料只能慢慢生長，但最新研究表明，如果在晶體生長過程中周期性地溶解缺陷，可以快速生長出無缺陷的材料。這項(xiàng)研究有助于為半導(dǎo)體、太陽能電池板等制造出更高質(zhì)量的材料。

研究人員孫文浩（圖左）及其博士后金圣洙（音譯）

圖片來源：密歇根大學(xué)官網(wǎng)