Ученые растягивают алмаз, чтобы улучшить его электронные свойства

Алмаз — это известный твердый материал, но теперь ученым из Университета Гонконга удалось растянуть его больше, чем когда-либо прежде. Зачем? Растяжение наноразмерных образцов изменяет их электронные и оптические свойства, что может открыть новый мир алмазных устройств.

Сказать, что алмаз не очень эластичен, будет преуменьшением – в то время как самые эластичные материалы могут достигать растяжимых упругих деформаций в несколько сотен процентов, растяжение алмаза на максимуме достигает менее 0,4 процента.

Однако на наноуровне алмаз теоретически должен обладать гораздо более высокой эластичностью. Несколько лет назад команда университета Гонконга растянула наноразмерные иглы алмаза до 9 процентов.

В новом исследовании ученые сделали еще один шаг вперед. Они создали мостовидные образцы алмаза длиной около 1000 нанометров и шириной 300 Нм и растянули их. В течение ряда циклов алмаз демонстрировал упругую деформацию около 7,5% по всей поверхности, Прежде чем вернуться к своей первоначальной форме, как только давление было снято.

В последующих тестах исследователи оптимизировали форму образцов, а затем сумели растянуть алмаз еще больше — до 9,7 процента. Это, говорят, близко к теоретическому пределу упругости алмаза.

Но эксперимент был не просто о растягивании алмаза — он мог проложить путь для новых электронных компонентов, сделанных из алмаза. Применение такого рода деформации может фактически изменить некоторые электронные и фотонные свойства материала.

Чтобы выяснить, насколько сильно, ученые смоделировали электронные свойства алмаза при различных уровнях деформации, от нуля до 12 процентов. Они обнаружили, что по мере увеличения напряжения растяжения ширина запрещенной зоны алмаза уменьшается, что, по сути, означает, что алмаз становится более электропроводным.

Он достиг максимума при натяжении около 9 процентов. Используя спектроскопию, ученые подтвердили эту тенденцию к уменьшению запрещенной зоны в образцах алмазов.

Исследователи говорят, что натяжение алмаза может сделать его более полезным для целого ряда различных электронных приложений.

Интересно, что моделирование также показало, что растяжение алмаза более чем на 9 процентов в другой кристаллической ориентации изменит его запрещенную зону с косвенной на прямую. Это означает, что электрон, проходящий через него, может непосредственно испускать фотон, потенциально делая оптоэлектронные устройства более эффективными.

Исследование было опубликовано в журнале Science.