納米級金剛石拉伸時可改變其電子結(jié)構(gòu)

金剛石是一種著名的堅硬材料，但現(xiàn)在香港城市大學的科學家們已經(jīng)設法將其拉伸到前所未有的程度。拉伸納米級的樣品改變了它們的電子和光學特性，這可能會打開一個新的金剛石設備世界。雖然金剛石是自然界中天然存在的最堅硬的物質(zhì)，然而在納米尺度上，金剛石理論上應該能有更高的彈性。幾年前，香港城市大學團隊發(fā)現(xiàn)鉆石納米針的彈性拉伸應變可達 ９％。

在這項新研究中，該團隊更進一步。他們制作了長約1000納米、寬約300納米的橋形金剛石樣品，并將其縱向拉伸。在一系列的循環(huán)中，金剛石的彈性拉伸應變可達約7.5%，然后在壓力消失后恢復到原來的形狀。

在后續(xù)測試中，研究人員優(yōu)化了樣品的形狀，然后設法將鉆石進一步拉伸--達到9.7%。他們說，這已經(jīng)接近了金剛石的理論彈性極限。

但這個實驗的目的并不只是為了測試金剛石的彈性拉伸應變，它可以為金剛石制成的新電子元件鋪平道路。施加這種應變實際上可以改變材料的一些電子和光子特性。

該團隊模擬了金剛石在不同應變水平下的電子特性，在0和12%之間。他們發(fā)現(xiàn)，金剛石的帶隙通常隨著拉伸應變的增加而減小，最大帶隙減小率沿特定的晶體取向在約9％的應變下從約5 eV降至3 eV。利用光譜學，科學家們驗證了金剛石樣品的這種帶隙下降趨勢。

該團隊表示，拉伸金剛石可以使其在一系列不同的電子應用中更加有用。有趣的是，模擬結(jié)果還表明，在不同的晶體取向下，將金剛石拉伸超過9%，將使其帶隙從間接變?yōu)橹苯?。這意味著，一個電子穿過它可以直接發(fā)射光子，有可能使光電器件更加高效。

該研究發(fā)表在《科學》雜志上。
責編AJX