Учёные выяснили, как изолятор алмаз превратить в проводник и полупроводник

Написано 7 октября, 2020 в категории Главная

Как и мифический философский камень для алхимиков, алмаз может стать тем материалом, который изменит представление о производстве электроники. Как выяснила международная группа учёных, механическая деформация превращает алмазы из изолятора в полупроводники и проводники. Более того, это превращение обратимое и управляемое, что может открыть путь к улучшению едва ли не всего спектра электронных приборов от транзисторов до солнечных батарей.

Сразу поясним, данные исследования находятся на очень ранней стадии, фактически — на этапе теоретического обоснования и компьютерного моделирования. До изготовления каких-либо электронных приборов из деформируемых управляемым образом алмазов очень и очень далеко. Тем не менее, индустрия производства искусственных алмазов развивается настолько быстро, что последующая практическая реализация разработок может пойти как по маслу.

Что касается идеи, которая лежит в основе проекта по управляемой деформации кристаллической решётки, то она не нова и уже используется, например, при производстве полупроводников в виде так называемого напряжённого кремния. Но в случае производства напряжённого кремния кристаллическая решётка деформируется примерно на 1 % своей структуры, тогда как алмаз допускает без разрушения деформацию до 10 % структуры, а это позволяет лепить из него хоть полупроводник, хоть проводник с высочайшей проводимостью.

Суть превращения в том, что механическая деформация меняет ширину запрещённой зоны алмаза. Изначально она очень велика — 5,6 электронвольт. Электронам в узлах кристаллической решётки крайне тяжело преодолеть такой энергетический барьер и поэтому алмаз является отличным изолятором для электрического тока. Механическая деформация, как показало компьютерное моделирование с использованием данных квантовой механики и машинного обучения, так меняет кристаллическую структуру алмаза, что ширина запрещённой зоны уменьшается с 5,6 электронвольт до 0 и может быть восстановлена обратно.

В красной области деформированной наноиглы алмаза материал становится проводником (иллюстрация из статьи)

Проще говоря, алмаз может стать элементом затвора транзистора, светодиодом или весьма эффективным элементом солнечной панели, который по своей простоте и КПД окажется способным превзойти все современные комплексные аналоги.

Добавим, исследование провели учёные из Массачусетского технологического института, Наньянского технологического университета (NTU) Сингапура и два сотрудника Сколтеха: Евгений Цымбалов и Александр Шапеев. Статья с результатами исследования опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Источник: 3dnews.ru

Напишите свой комментарий: