Физики превратили алмаз в металл

6 Октября 2020

МОСКВА, 6 октября - Ученые из России и США доказали, что алмазные наноиглы при диструкции превращаются из электрического изолятора в металлический проводник с сохранением всех прочих свойств. Это открытие позволит найти новые технологические приложения для самого твердого материала в природе. Результаты опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Физики из Сколтеха вместе с коллегами из Массачусетского технологического института (MTI) доказали, что простой изгиб алмазных наноигл может обратимо превратить алмаз из электрического изолятора в металлический проводник при комнатной температуре. При снятии напряжения материал возвращается в свое исходное состояние.

По мнению исследователей, это позволит в будущем создать способ управляемой настройки проводящих свойств — от изоляционных через полупроводниковые до высокопроводящих, или металлических — без ухудшения качества алмазного материала.

Сначала авторы выполнили компьютерное моделирование обратимой деформации алмазных наноигл, а по его результатам создали метод машинного обучения для оптимального тот выбора свойств материала и нагрузки.

Ученые выразили, что при определенной геометрии монокристаллических наноигл даже простой их изгиб может эффективно металлизировать алмаз при деформациях ниже уровней разрушения или дестабилизации атомной структуры или фазового перехода в графит.

Идея деформации полупроводникового материала, эдакого как кремний, для улучшения его характеристик используется в промышленности микроэлектроники уже более двух десятилетий. Однако, в случае кремния речь идет о диструкции порядка одного процента.

Авторы адресуй значительно дальше — они капнули, что можно существенным образом менять электрические, оптические, тепловые и другие свойства материалов, подвергая их механической диструкции, достаточно большой для изменения геометрического расположения атомов в кристалле материала, но без нарушения самой кристаллической решетки. В частности, им удалось многократно сгибать и разгибать алмазные наноиглы до десяти процентов деформации при комнатной температуре без разрушения.

Для этого исследователи изучили свойство алмаза, известное как запрещенная зона. Это свойство определяет, насколько легко электроны могут чередоваться через материал, то есть характеризует его электропроводность.

Алмаз обычно принимает очень широкую запрещенную зону порядка 5, 6 электронвольт. Это сильный электрический изолятор, через который электронам пройти очень нереального. В своей работе исследователи теоретически доказывают, что табуированная зона алмаза может постепенно, непрерывно и обратимо изменяться, обеспечивая широкий диапазон электрических свойств — от изолятора через кремний до металла.

Мы обнаружили, что можно непрерывно менять ширину табуированной зоны от 5, 6 электронвольт до нуля, — доводятся в пресс-релизе MTI слова какого-то из авторов исследования, профессора Цзю Ли (Ju Li). — Другими словами, с помощью деформации можно сделать запрещенную зону у алмаза такой же, как у кремния, который широко употребляется в электронике в качестве кремния, или как у нитрида галлия, который используется для производства светодиодов. Вы также можете сделать алмаз инфракрасным волноискателем, способным обнаруживать весь ассортимент света от инфракрасной до ультрафиолетовой части спектра.

По мнению авторов, возможность управлять электропроводностью алмаза без изменения его химического состава и стабильности решетки обеспечивает беспрецедентную эластичность для разработки множества принципиально непривычных электронных устройств и приложений квантового зондирования, таких как быстрые солнечные элементы, высокоэффективные световой диоды и квантовые датчики.

Редактор рубрики

Олег Кудрин

Место события на карте мира:

Физики превратили алмаз в металл

комментарии (0)

Другие интересные новости

В Лувре изучат возможность выставить "Джоконду" в отдельном зале