Алмаз - известный твердый материал, но теперь ученым из Городского университета Гонконга удалось растянуть его, как никому еще не удавалось когда-либо прежде. Почему? Растяжение наноразмерных образцов изменяет их электронные и оптические свойства, что может открыть новый мир алмазных устройств.
Сказать, что алмаз не очень эластичен, будет мало - в то время как самые эластичные материалы могут достигать упругих деформаций при растяжении в несколько сотен процентов, для алмазов это составляло менее 0,4 процента.
Однако в наномасштабе алмаз теоретически должен обладать гораздо более высокой эластичностью. Несколько лет назад команда университета изогнула алмазные иглы нанометрового размера, получив упругие деформации при растяжении около 9 процентов.
В новом исследовании команда пошла еще дальше. Они сделали образцы алмаза в форме мостов около 1000 нанометров в длину и 300 нм в ширину и растянули их в длину. За серию циклов алмаз показал упругую деформацию около 7,5% по всей детали, прежде чем вернуться к своей первоначальной форме после снятия давления.
В последующих тестах исследователи оптимизировали форму образцов, а затем смогли растянуть алмаз еще больше - до 9,7 процента. По их словам, это близко к теоретическому пределу упругости алмаза.
Диаграмма, показывающая, как были растянуты алмазные наноструктуры особой формы. Фото: Dang Chaoqun / City University of Hong Kong
Но эксперимент заключался не только в растяжении алмаза ради самого растяжения - он мог открыть путь для новых электронных компонентов, созданных из алмаза. Применение такого рода деформации может фактически изменить некоторые электронные и фотонные свойства материала.
Чтобы выяснить, насколько сильно свойства изменяются, команда смоделировала электронные свойства алмаза при различных уровнях деформации, от нуля до 12 процентов. Они обнаружили, что по мере увеличения деформации при растяжении ширина запрещенной зоны алмаза уменьшалась, что по сути означает, что он стал более электропроводным. Она достигла максимума при падении на 2 электрон-вольта при растяжении около 9 процентов. С помощью спектроскопии ученые подтвердили тенденцию к уменьшению ширины запрещенной зоны в образцах алмазов.
Команда говорит, что деформация алмаза может сделать его более полезным для 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 непрямой на прямую. Это означает, что электрон, проходящий через него, может напрямую испускать фотон, потенциально делая оптоэлектронные устройства более эффективными.
Исследование было опубликовано в журнале Science.
Источник: New Atlas