根据新加坡南洋理工大学(NTU Singapore)和美国麻省理工学院(MIT)领导的一个国际科学家团队的一项研究预测，当钻石在纳米尺度上变形变形时，它可以像金属一样导电。

 

使用计算机模拟,研究小组,其中还包括斯科尔科沃科技研究所的研究人员(Skoltech),俄罗斯,表明作为一个早期的概念验证,机械应变应用于纳米钻石针可以可逆地改变其几何,因此他们的电气性能,给他们一个金属电导率在室温和压力。

 

这项研究发表在2020年10月6日的《美国国家科学院院刊》上，可能导致未来在电力电子领域的应用，从汽车、电器到智能电网等各种机器都将使用电力电子技术;高效发光二极管(led);光学仪器;还有量子传感技术，它增强和改进了传感器目前的功能。

 

本研究的通讯作者为南大校长Subra Suresh教授、麻省理工学院李菊教授和麻省理工学院首席研究科学家Ming Dao。作者包括麻省理工学院研究生哲史、俄罗斯Skoltech大学的叶夫根尼·辛姆巴洛夫和亚历山大·沙佩夫教授。

 

这一发现是一个实验发现的NTU-Hong Kong-MIT由苏雷什教授领导的科学家团队,谁在2018年的一篇论文发表在《科学》杂志上发表文章说,钻石nano-needles——每个比人类头发细一千倍,可以弯曲和拉伸,使他们迅速返回而不受伤害,当应变释放。

 

金刚石异常高的硬度和刚度，以及它许多极端的物理特性，使它成为广泛应用的理想候选材料。这项新发现也为金刚石在量子信息、电力电子和光子学领域的新应用铺平了道路，包括设计量子传感器、高效光探测器和发射体，以及在生物医学成像中的应用。

 

苏雷什教授同时也是南洋理工大学的杰出教授，他说:“在不改变钻石化学成分和稳定性的情况下，设计和设计钻石的导电性， 杏耀代理谈产品 ，为定制设计钻石的功能提供了前所未有的灵活性。”通过应变工程，在这项工作中展示的方法可以应用于机械、微电子、生物医学、能源和光子学应用领域的其他半导体材料。

 

从绝缘体到类金属导体

 

能让电流轻易通过的材料称为电导体，杏耀代理而不能让电流通过的材料如金刚石则称为电绝缘体。

 

由于金刚石具有5.6电子伏特(eV)的超宽带隙，因此金刚石是一种优良的电绝缘体。这意味着需要大量的能量来激发材料中的电子，然后它们才能在电流中充当载流子。带隙越小，电流越容易流动。

 

利用包括量子力学、机械变形分析和机器学习在内的计算机模拟，科学家们发现，他们可以通过使钻石纳米针弹性变形来缩小带隙，通过钻石探针将其从侧面推到另一边时弯曲它。

 

他们表明，随着金刚石纳米针上的张力的增加，其预计的带隙缩小——这是电导率提高的一个指标。在针断裂之前，带隙在针能承受的最大拉力附近完全消失。他们进一步表明，这种纳米级的钻石金属化可以在不触发声子不稳定性或从金刚石到石墨(铅笔中的软材料)相变的情况下实现。

 

然后，研究人员利用模拟结果来训练机器学习算法，以确定在各种几何构型下获得最佳导电性的纳米级金刚石的一般条件。这项科学研究仍处于早期阶段，为进一步开发具有前所未有的性能和性能的潜在器件提供了机会。

 

合著者、麻省理工学院的李菊教授说:“我们发现有可能将带隙从5.6 eV一直减少到零。关键是如果你能持续地从5.6 eV改变到零eV，那么你就能覆盖所有的带隙范围。通过应变工程，你可以使金刚石具有作为半导体最广泛使用的硅或用于led的氮化镓的带隙。你甚至可以把它变成一个红外探测器，杏耀注册或者探测光谱中从红外到紫外线的所有范围的光。”