2020年10月6日
长被称为最难的天然材料,钻石也异常热导体和绝缘体。欧洲杯足球竞彩
现在,研究者们已经发现了一种方法来调整钻石的小针在一个可控的方式将他们的电子特性,从绝缘拨号,通过半导体,到高导电或金属。这可以诱导动态和逆转,没有钻石材料的降解。
研究,虽然仍处于早期概念验证阶段,可能会打开一个广泛的应用潜力,包括新型宽带太阳能电池、高效发光二极管和电力电子,和新的光学仪器或量子传感器,研究人员说。
他们的发现是基于模拟,计算,和之前的实验结果,本周的报道美国国家科学院院刊》上欧洲杯线上买球。本文是通过麻省理工学院的教授李和研究生哲史;主要研究科学家明刀;题名为教授,在新加坡南洋理工大学的总统以及前院长工程和Vannevar Bush麻省理工学院的名誉教授;和Evgenii Tsymbalov和亚历山大Shapeev在莫斯科斯科尔科沃科技研究所。欧洲杯线上买球
的小组使用一种结合量子力学计算,分析机械变形,和机器学习来证明这一现象,长时间的理论可能性,真的可以发生在纳米尺度的钻石。
紧张的概念硅等半导体材料,以改善其性能发现应用在微电子行业二十多年前。然而,这种方法意味着小菌株的1%左右。李和他的合作者已经花了数年时间发展弹性应变工程的概念。这是基于电造成重大变化的能力,光,热,和其他属性的材料通过变形,使他们在中度到大型机械应变,足以改变几何材料晶格的原子排列,但没有破坏,晶格。欧洲杯足球竞彩
在2018年的一个重大进步,苏雷什领导的研究小组,刀,和香港理工大学的吕洋显示小针的钻石,只有几百纳米,可以在室温下弯没有骨折大压力。他们能够反复弯曲这些nanoneedles拉伸应变高达10%;针可以完好无损的回到原来的形状。
这项工作的关键是一个属性被称为能带,它基本上决定了容易通过材料电子可以移动。这个属性关键材料的导电性。钻石通常有一个非常宽禁带5.6电子伏,这意味着它是一个强大的电绝缘体,电子不容易穿过。在他们最新的模拟,研究人员表明,金刚石的能带隙可以逐渐地,不断地,和可逆地改变,提供一个广泛的电气性能,从绝缘体到半导体金属。
“我们发现,可以减少5.6电子伏特的能带隙为零,”李说。“点,如果你能不断从5.6更改为0电子伏特,然后覆盖所有的波长范围。通过应变工程,可以使钻石有硅的能带隙,它是使用最广泛的半导体,或氮化镓,用于led灯。你甚至可以把它变成一个红外探测器或检测一系列的光从红外到紫外光谱的一部分。”
“工程师的能力和设计导电性钻石不改变其化学成分和稳定提供了前所未有的灵活性面临设计自定义其功能,“苏雷什说。“这项工作中演示的方法可以应用于广泛的其他半导体材料的技术对机械的兴趣,微电子,生物医学,能源和光子学的应用程序,通过应变工程。”欧洲杯足球竞彩
举个例子,一个小块钻石,弯曲,这样它的应变梯度,将成为太阳能电池能够捕捉所有频率的光在一个设备,目前只能通过串联装置在几个不同类型的太阳能电池材料层结合他们不同的吸收光谱。欧洲杯足球竞彩这些可能有一天被用作工业用途广泛的光电探测器或科学应用。
一个约束,这不仅需要适量的应变也正确的取向金刚石晶体的晶格,是防止压力导致原子组态跨越临界点转变成石墨,柔软的材料中使用铅笔。
这个过程也可以使钻石成为两种类型的半导体,“直接”或“间接带隙半导体,根据目标应用程序。太阳能电池,例如,直接带隙提供一个更有效的能量从光的集合,允许他们比材料,如硅,薄得多的间接带隙需要更长的途径收集光子的能量。欧洲杯足球竞彩
这个过程可以与各种相关的潜在应用,李建议,比如量子基础高度敏感探测器使用缺陷和掺杂剂原子在金刚石。“使用应变,我们可以控制这些点缺陷的发射和吸收水平,”他说,允许用新奇的方法来控制他们的电子和核量子态。
但是考虑到各种各样的条件由不同维度的应变变化,李说,“如果我们有一个特定的应用程序,然后我们可以优化对该应用程序的目标。是什么好弹性应变的方法,它是动态的,”,这样就可以根据需要实时连续变化。
这种早期概念验证工作还没有在他们可以开始设计实用的设备,研究人员说,但随着持续的研究,他们预计,实际应用可能,部分原因是因为世界各地的有前途的工作被完成在齐次金刚石材料的生长。欧洲杯足球竞彩
这项工作是由美国海军研究办公室。
来源:https://www.mit.edu/