春節之前,FASTER項目組在鈰鋁銅非晶中繼續摻雜鍺、錫、鉛,以及鍺錫、鍺鉛、錫鉛、鍺錫鉛,各種排列組合,不同的成分占比都試過了,有效的樣品編號一直編到了A21。
經測試,非微納米級的加工性能,摻雜鍺鉛的鈰鋁銅非晶金屬塑料最優,樣品編號是A18。
具有優異微納米級加工性能的樣品,還需要進一步研究、制備。
幾個月以來,沈奇每天研究各種金屬元素,帶領團隊合成制備各種非晶合金,在實驗室里,他感覺自己是1/3個數學家,1/3個物理學家,1/3個化學家。
為此沈奇花費200多萬點學霸積分,將化學升到11級的大師級,并在春節期間查閱了大量化學文獻,以無機化學為主。
化學升為大師級貌似起到了一點作用,沈奇反復研究元素周期表中的所有元素,決定從本質上做出改變。
春節之后,沈奇坐鎮中心主任辦公室,偶爾去一下實驗室檢查實驗進度。
實驗室的另外兩把鑰匙交給楊定天和湯元保管,這兩人算是沈奇在物理上的左膀右臂。
沈奇將楊定天和湯元喊到辦公室,對左膀右臂說到:“或許不是摻雜元素的問題,而是我們選擇的母版并不合適,經過我充分研究,我認為可以用鎵取代鈰鋁銅三元體系中的鋁,新的三元體系母版是鈰鎵銅非晶。為什么要做出結構性的調整呢,我是有依據的。”
沈奇操作他的電腦,楊、湯二人各搬一張椅子,坐在沈奇身后學習觀摩。
通過計算機模擬,結合第一性原理、沈奇的4條凝聚態物理理論要素,沈奇在電腦中比較了Ce70Al10Cu20和Ce70Ga10Cu20的電子能態密度圖。
“你們看,鈰鋁銅中鈰-4f的電子能態密度明顯高于它在鈰鎵銅非晶三元體系中的能態密度,這說明了什么?”沈奇指著電腦屏幕問二位得力干將。
湯元搶答:“這說明,鈰-4f電子在鈰鎵銅體系中更加非局域化。”
“沒錯。”沈奇點點頭,控制鼠標鍵盤做了一個新的操作。
模擬軟件顯示,Ce-Al-Cu體系中Al-3p電子軌道和Ce-4f及Ce-5d電子軌道相互雜化作用很弱。
相反,在Ce-Ga-Cu體系中,Ga-4p電子軌道和Ce-4f、Ce-5d電子軌道之間有較強的相互作用,使得部分局域態的Ce-4f1轉變為非局域態的Ce-4f0。
沈奇問到:“這又說明了什么?”
還是湯元搶答,他茅塞頓開的拍拍腦門:“這說明,鎵的化學勢與鈰原子的相互作用導致部分非局域態的鈰-4f0出現,如此一來,鈰-鈰之間的化學鍵縮短。考慮到FASTER項目,理論上來說,新的鈰鎵銅三元體系將擁有更符合我們要求的局域原子排列結構……后面的理論依據我解釋不清楚,這涉及到缺陷拓撲學乃至復雜性,反正我大概明白沈院士的意思。”
“OK,他理解了,那你呢?”沈奇轉而詢問楊定天。
楊定天回答到:“理解。”
“那么A系列的樣品研發到此為止,A21是最后一個。從今天開始,我們進入B系列的研發實驗階段,B系列的母版是鈰鎵銅三元體系,先把這種合金錠整出來吧。”沈奇布置了新的任務,楊、湯二人領命赴實驗室。
鎵的產量低,售價比鋁貴,用鎵取代鋁,意味著實驗成本以及后續商業化的成本將提升。