一组由香港城市大学(CityU)、麻省理工学院(MIT)和哈尔滨工业大学(HIT)组成的研究团队,受到香港研究资助局和中国国家自然科学基金会的资助,首次通过纳米力学方式,实现了微晶金刚石阵列的大而均匀的拉伸弹性应变。

该研究展示了金刚石作为光子学、微电子学和量子信息技术方面的巨大应用潜力。研究成果以“Achieving large uniform tensile elasticity in microfabricated diamond”为题,发表在《Science》上[1]。

 

珠穆朗玛峰

金刚石不仅坚硬,而且对电和热都具有很高的导电性。其还具备超宽的带隙、出色的载流子迁移率和极高的导热性。

香港城市大学机械工程学系的副教授陆洋,也是此次研究的领导者之一,在谈到金刚石的潜力时,他表示因为具有种种出色的特性,金刚石可以被称之为“珠穆朗玛峰”般的电子材料。

而对其施加相对程度较大的拉伸处理,金刚石的电子性质可能会发生转变,这种转变激发出了很多的应用场景。

研究小组在室温条件中,沿[100]、[101]和[111]方向,在单轴拉伸载荷作用下,制备了长约1微米、宽约100纳米的单晶金刚石桥结构,获得了样品宽度均匀的弹性应变。

弹性金刚石可以帮助量子计算机在室温下运行-量子客
图1|微制备单晶金刚石桥样品(来源:Science)

研究人员还演示了金刚石微桥阵列的深层弹性应变。巨大的、高度可控的弹性应变,可以从根本上改变金刚石的体能带结构,包括高达约2电子伏特的带隙降低。

弹性金刚石可以帮助量子计算机在室温下运行-量子客
图2|金刚石沿[100]、[101]和[111]方向的拉伸结果(来源:Science)

新时代

陆洋表示,这是首次通过拉伸实验显示出金刚石极大而又均匀的弹性,团队的发现证明了通过纳米力学方式,金刚石结构的“深层弹性应变工程”开发电子器件的可能性。

然而,其中的一个缺点在于,金刚石的大带隙和紧密的晶体结构,使得它们很难“掺杂” 。而“掺杂”是制造阶段调节半导体电子性能的一种方法,这种方法可能会破坏金刚石在电子和光电子应用方面的工业潜力。

弹性金刚石可以帮助量子计算机在室温下运行-量子客
图3|研究团队中的三名成员(来源:CityU)

陆洋补充说,不要受到潜在障碍的约束,金刚石的新时代即将到来。

的确如此,通过CityU、MIT和HIT为下一代微电子扩展金刚石方面的合作,量子信息科学的曙光就在眼前。

 

参考链接:

[1]https://science.sciencemag.org/content/371/6524/76#login-pane

 

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|编  辑:王嘉雯      |审  校:丁艳