金剛石“金屬化”技術(shù)將其可從絕緣體轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體
金剛石是一種有效的電絕緣體,但根據(jù)麻省理工學(xué)院和新加坡南洋理工大學(xué)(NTU)的一項(xiàng)新研究,情況可能并不總是如此。該研究小組計(jì)算出,使金剛石納米針變形,會(huì)使其導(dǎo)電性從絕緣體變?yōu)?span onclick="sendmsg('pw_ajax.php','action=relatetag&tagname=半導(dǎo)體',this.id)" style="cursor:pointer;border-bottom: 1px solid #FA891B;" id="rlt_4">半導(dǎo)體,再變?yōu)楦邔?dǎo)電性金屬--然后再隨意變回來(lái)。
材料的應(yīng)變似乎是各行各業(yè)通常想要避免的東西,但在某些情況下,它可以使材料變得更好。例如,經(jīng)過(guò)應(yīng)變的硅可以讓電子更容易地穿過(guò)它,使晶體管的開(kāi)關(guān)速度提高35%,但是實(shí)現(xiàn)這一切關(guān)鍵是要施加足夠的應(yīng)變來(lái)影響晶體晶格中原子的排列,但又不能太大,以至于晶格本身被破壞。 電子在材料中移動(dòng)的難易程度是以材料的"帶隙"(bandgap)來(lái)衡量的,帶隙越大,電子越難通過(guò)。在5.6電子福特(eV)下,鉆石通常具有超寬的帶隙,使其成為一個(gè)絕緣體。但在新的研究中,研究人員發(fā)現(xiàn)了一種使金剛石應(yīng)變以改變其帶隙的方法。 研究小組利用量子力學(xué)和機(jī)械變形的計(jì)算機(jī)模擬,發(fā)現(xiàn)可以用金剛石探針將金剛石納米針彎曲成不同程度的應(yīng)變。施加的應(yīng)變?cè)酱,帶隙就越窄,直到在針?huì)斷裂的前一刻完全消失。在這一點(diǎn)上,金剛石完成了 "金屬化",轉(zhuǎn)化成了一種優(yōu)良的導(dǎo)電體。 左上:納米針被彎曲的電子顯微鏡圖像 右圖:電子顯微鏡下納米針被彎曲的圖像 "我們發(fā)現(xiàn),可以將帶隙從5.6電子伏特一直降低到0,"該研究的對(duì)應(yīng)作者Ju Li說(shuō)。"如果能從5.6電子伏特連續(xù)變化到0電子伏特,那么就能覆蓋所有的帶隙范圍。通過(guò)應(yīng)變工程,可以讓金剛石擁有硅的帶隙,這是最廣泛使用的半導(dǎo)體,或者氮化鎵的帶隙,這又被普遍用在LED上。甚至可以讓它成為一個(gè)紅外探測(cè)器,或者探測(cè)從紅外線(xiàn)到光譜中的紫外線(xiàn)部分的整個(gè)范圍的光。" 該團(tuán)隊(duì)表示,新技術(shù)可能會(huì)帶來(lái)一系列令人感興趣的應(yīng)用。例如可以使太陽(yáng)能電池能夠在單個(gè)設(shè)備上捕獲更廣泛的光頻率--這項(xiàng)工作目前需要不同材料的堆疊。這項(xiàng)技術(shù)還可以制造新型的量子探測(cè)器和傳感器。 盡管這項(xiàng)研究很吸引人,但目前仍處于早期的概念驗(yàn)證階段,因此設(shè)計(jì)任何實(shí)用的設(shè)備還為時(shí)過(guò)早。 該研究發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》雜志上。 |