金剛石“金屬化”技術(shù)將其可從絕緣體轉(zhuǎn)化為導體
金剛石是一種有效的電絕緣體,但根據(jù)麻省理工學院和新加坡南洋理工大學(NTU)的一項新研究,情況可能并不總是如此。該研究小組計算出,使金剛石納米針變形,會使其導電性從絕緣體變?yōu)?span onclick="sendmsg('pw_ajax.php','action=relatetag&tagname=半導體',this.id)" style="cursor:pointer;border-bottom: 1px solid #FA891B;" id="rlt_4">半導體,再變?yōu)楦邔щ娦越饘?-然后再隨意變回來。
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)過應(yīng)變的硅可以讓電子更容易地穿過它,使晶體管的開關(guān)速度提高35%,但是實現(xiàn)這一切關(guān)鍵是要施加足夠的應(yīng)變來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。 電子在材料中移動的難易程度是以材料的"帶隙"(bandgap)來衡量的,帶隙越大,電子越難通過。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和機械變形的計算機模擬,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)變越大,帶隙就越窄,直到在針會斷裂的前一刻完全消失。在這一點上,金剛石完成了 "金屬化",轉(zhuǎn)化成了一種優(yōu)良的導電體。 ![]() 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,"該研究的對應(yīng)作者Ju Li說。"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紅外探測器,或者探測從紅外線到光譜中的紫外線部分的整個范圍的光。" 該團隊表示,新技術(shù)可能會帶來一系列令人感興趣的應(yīng)用。例如可以使太陽能電池能夠在單個設(shè)備上捕獲更廣泛的光頻率--這項工作目前需要不同材料的堆疊。這項技術(shù)還可以制造新型的量子探測器和傳感器。 盡管這項研究很吸引人,但目前仍處于早期的概念驗證階段,因此設(shè)計任何實用的設(shè)備還為時過早。 該研究發(fā)表在《美國國家科學院院刊》雜志上。 |