Всеукраїнський загальнополітичний освітянський тижневик
Персонал Плюс - всеукраїнський тижневик

Фізики знайшли спосіб перетворення алмазу в метал

Алмази можуть стати основою електроніки майбутнього.

Алмаз можна перетворити в метал або напівпровідник при кімнатній температурі і атмосферному тиску. Для цього один з найбільш твердих в світі матеріалів досить ... зігнути. Новий підхід можна використовувати для створення просунутої електроніки.

Досягнення описано в науковій статті, опублікованій в журналі PNAS.

У 2018 році команда на чолі з Сабрі Суреш (Subra Suresh) з Наньянського технологічного університету в Сінгапурі виростила гнучкі, як гума, алмази. Дорогоцінний матеріал в руках дослідників прийняв форму голок діаметром всього 0,3 мікрометра. Таку голку можна зігнути, розтягнувши її при цьому на 9%, і вона не зламається. Це небувала якість для алмазу, відомого своєю крихкістю.

Тепер Суреш разом з колегами з Массачусетського технологічного інституту (США) і Сколковского інституту науки і технологій (Росія) отримав ще один неймовірний результат. Вчені виявили, що матеріал такою деформованою голки може перетворитися з ізолятора в напівпровідник, а потім і в метал. Правда, поки це продемонстровано тільки в комп'ютерному моделюванні.

Чи буде матеріал проводити струм, залежить від так званої ширини забороненої зони. Це енергія, яку потрібно надати електрону в атомі, щоб він покинув околиці рідного ядра і відправився в подорож по кристалу. Нагадаємо, що електричний струм - це і є впорядкований рух електронів.

У металів ширина забороненої зони дорівнює нулю. Електрон, образно кажучи, завжди готовий зібратися в дорогу. Тому метали і славляться як чудові провідники.

У напівпровідників ширина забороненої зони більше нуля, але ненабагато (наприклад, у кремнію близько 1,2 електрон-вольта). Вони проводять струм набагато гірше металів, зате з них можна робити різні електронні компоненти, перш за все транзистори.

Якщо ж заборонена зона ще ширше, перед нами діелектрик, тобто ізолятор. Він практично не проводить електричний струм.

Алмаз з його забороненою зоною в 5,6 електрон-вольта знаходиться на кордоні між напівпровідниками і діелектриками. Зазвичай він все-таки вважається ізолятором, хоча можна розглядати його і як поганий напівпровідник.

Однак деформація може все змінити. Вона змінює розташування атомів в кристалічній решітці, а разом з ним і сили, що діють на електрони.

Відзначимо, що деформація нерідко використовується для зміни електричних властивостей матеріалу. Але зазвичай мова йде про невелику деформації (близько 1%). Це дещо змінює електропровідність, наприклад, кремнію.

Автори нової роботи вперше показали, що таким шляхом властивості речовини можна змінити радикально: зробити його з діелектрика полупровідником, а при найбільшій деформації - металом.

У міру згинання алмазної голки ширина забороненої зони плавно зменшується і врешті-решт стає рівною нулю. При цьому, за розрахунками фізиків, голка не зламається і алмаз не перетвориться в графіт.

вгору

© «ПЕРСОНАЛ ПЛЮС». Усі права застережено.

Передрук матеріалів тільки за згодою редакції.
При розміщенні матеріалів в Інтернет обов’язкове посилання на сайт видання. Погляди авторів можуть незбігатися з позицією редакції

З усіх питань звертайтеся, будь ласка, gazetapplus@gmail.com