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金剛石“金屬化”技術將其從絕緣體轉換為導體



鑽石是一種有效的電絕緣體,但是根據麻省理工學院和新加坡南洋理工大學(NTU)的一項新研究,並非總是如此。研究小組計算得出,使金剛石納米針變形會改變其電導率,從絕緣體到半導體,再到高導電金屬,然後再隨意恢復。

似乎似乎各行各業都希望避免物質緊張,但在某些情況下,它可以使物質變得更好。 例如,應變矽可以使電子更容易通過,並使晶體管的開關速度提高35%,但是實現所有這些目的的關鍵是施加足夠的應變以影響原子在晶格中的排列,但不能太多了。 太大,以至於晶格本身被破壞了。

電子在材料中移動的難易程度通過材料的“帶隙”來衡量。 帶隙越大,電子越難通過。 在5.6電子福特(eV)下,鑽石通常具有超寬帶隙,使其成為絕緣體。 但是在這項新研究中,研究人員發現了一種使鑽石變形以改變其帶隙的方法。

該研究小組使用了量子力學和機械變形的計算機模擬,發現金剛石探針可用於將金剛石納米針彎曲成不同程度的應變。 施加的應變越大,帶隙越窄,直到在針即將斷裂之前完全消失。 至此,鑽石已經完成了“金屬化”過程,並轉變為出色的電導體。

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左上方:被彎曲的納米針的電子顯微鏡圖像。 右圖:納米針彎曲的電子顯微鏡圖像

該研究的通訊作者鞠莉說:“我們發現帶隙可以從5.6 eV減小到0。” “如果您可以從5.6電子伏特連續變化到0電子伏特,那麼您可以覆蓋所有帶隙。通過應變工程,金剛石可以具有矽(它是使用最廣泛的半導體)或氮化鎵的帶隙。帶隙,它甚至可以用作紅外檢測器,或者檢測光譜中從紅外到紫外光的整個範圍。”

研究小組說,這項新技術可能會帶來一系列有趣的應用。 例如,它可以使太陽能電池在單個設備上捕獲更大範圍的光頻率-這項工作目前需要一堆不同的材料。 該技術還可以製造新型的量子檢測器和傳感器。

儘管這項研究非常吸引人,但它仍處於概念驗證的初期,因此設計任何實際的設備還為時過早。

該研究發表在《美國國家科學院院刊》上。