Алмаз - ефективний електричний ізолятор, але, згідно з новим дослідженням, проведеним Массачусетським технологічним інститутом і Наньянським технологічним університетом (NTU) Сінгапуру, це не завжди так.
Вчені підрахували, що деформуючі алмазні нано-голки змінять свою провідність з ізолятора на напівпровідник, на метал з високою провідністю - і назад за бажанням.
Натягнення здається чимось, чого зазвичай слід уникати, але в деяких випадках воно може змінити матеріал на краще. Напружений кремній, наприклад, може дозволити електронам легше проходити через нього, завдяки чому транзистори можуть перемикатися на 35 відсотків швидше.
Ключ полягає в тому, щоб докласти достатньо зусиль, щоб вплинути на розташування атомів у кристалічній решітці, але не дуже сильно, щоб сама решітка була порушена.
Наскільки легко електрони переміщуються через матеріал, вимірюється як «ширина забороненої зони» цього матеріалу, і чим більше це число, тим важче електронам проходити через нього. При 5,6 електронвольт алмаз зазвичай має надширокую заборонену зону, що робить його відмінним ізолятором. Але в новому дослідженні вчені знайшли спосіб деформувати алмаз, щоб змінити ширину забороненої зони.
Використовуючи комп'ютерне моделювання квантової механіки і механічної деформації, команда виявила, що алмазний зонд можна використовувати для згинання алмазних наноігл до різних рівнів деформації.
Чим більше прикладалося навантаження, тим вже ставала ширина забороненої зони, поки вона повністю не зникла прямо перед точкою, де голка ламалася. У цей момент алмаз стає «металізованим» і відмінним провідником електрики.
«Ми виявили, що можна зменшити ширину забороненої зони з 5,6 електрон-вольт до нуля», - говорить Джу Лі, автор дослідження.
"Справа в тому, що якщо ви можете безперервно змінювати напругу від 5,6 до 0 електронвольт, то ви покриваєте весь діапазон забороненої зони. За допомогою інженерії деформацій можна зробити алмазну заборонену зону кремнієм, який найбільш широко використовується в якості напівпровідника, або нітридом галію, який використовується для світлодіодів. Ви навіть можете зробити його інфрачервоним детектором або виявляти весь діапазон світла від інфрачервоної до ультрафіолетової частини спектра ".
Вчені вважають, що у цього може бути ряд цікавих додатків. Наприклад, алмаз, вигнутий для створення градієнта деформації, може створити сонячний елемент, який зможе вловлювати більш широку частоту світла на одному пристрої - робота, яка в даний час вимагає набору різних матеріалів. Цей метод також може допомогти у створенні нових типів квантових детекторів і сенсорів.
Яким би інтригуючим не було дослідження, в даний час воно все ще знаходиться на стадії перевірки концепції, тому поки передчасно розробляти якісь практичні пристрої.
Дослідження було опубліковано в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences.