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鄭州晶品市場(chǎng)部快訊:經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),"金屬化”金剛石可制備新型量子探測(cè)器和傳感器

  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)榘雽?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)酱螅瑤毒驮秸钡皆卺槙?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。

  

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  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,這是應(yīng)用最廣泛的半導(dǎo)體或氮化鎵帶隙,同時(shí)又被普遍用于LED中。甚至可以讓它成為紅外探測(cè)器,或探測(cè)從紅外線到光譜中的紫外線部分的整個(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。

  金剛石以其優(yōu)異的性能在高端制造業(yè)如精密工具、耐磨零件、光學(xué)元件涂層、電子產(chǎn)品配件加工等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。此外金剛石不光是“工業(yè)牙齒”,還是“終極半導(dǎo)體”, 以金剛石為代表的第三代寬禁帶半導(dǎo)體及器件是未來(lái)集成電路,信息時(shí)代發(fā)展的基礎(chǔ),在生物檢測(cè)和醫(yī)療、平板顯示、環(huán)保工程、功能器件等多個(gè)高新技術(shù)領(lǐng)域都有巨大的應(yīng)用潛力。

 
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