科学家发现拉伸纳米级金刚石结构可以改变其电子特性

发布网友发布时间：2022-11-03 23:00

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热心网友时间：2023-11-02 06:09

金刚石是一种著名的坚硬材料，但现在香港城市大学的科学家们已经设法将其拉伸到前所未有的程度。拉伸纳米级的样品改变了它们的电子和光学特性，这可能会打开一个新的金刚石设备世界。虽然金刚石是自然界中天然存在的最坚硬的物质，然而在纳米尺度上，金刚石理论上应该能有更高的弹性。几年前，香港城市大学团队发现钻石纳米针的弹性拉伸应变可达 9％。

在这项新研究中，该团队更进一步。他们制作了长约1000纳米、宽约300纳米的桥形金刚石样品，并将其纵向拉伸。在一系列的循环中，金刚石的弹性拉伸应变可达约7.5%，然后在压力消失后恢复到原来的形状。

在后续测试中，研究人员优化了样品的形状，然后设法将钻石进一步拉伸--达到9.7%。他们说，这已经接近了金刚石的理论弹性极限。

但这个实验的目的并不只是为了测试金刚石的弹性拉伸应变，它可以为金刚石制成的新电子元件铺平道路。施加这种应变实际上可以改变材料的一些电子和光子特性。

该团队模拟了金刚石在不同应变水平下的电子特性，在0和12%之间。他们发现，金刚石的带隙通常随着拉伸应变的增加而减小，最大带隙减小率沿特定的晶体取向在约9％的应变下从约5 eV降至3 eV。利用光谱学，科学家们验证了金刚石样品的这种带隙下降趋势。

该团队表示，拉伸金刚石可以使其在一系列不同的电子应用中更加有用。有趣的是，模拟结果还表明，在不同的晶体取向下，将金刚石拉伸超过9%，将使其带隙从间接变为直接。这意味着，一个电子穿过它可以直接发射光子，有可能使光电器件更加高效。

该研究发表在《科学》杂志上。