Ученые из Гонконга научились растягивать алмаз на рекордно большую величину, чтобы деформировать его кристаллическую решетку и придавать материалу новые полезные свойства.
Алмаз — кристалл с огромной твердостью, и если настоящие эластичные материалы могут растягиваться на величину до сотен процентов от первоначальной, то растянуть алмаз удается не более чем на 0,4 процента. Деформация помогла бы придать ему новые полезные электрические и оптические свойства, поэтому ученые из Городского университета Гонконга решили растянуть алмаз до более значимых величин. О своей работе они рассказывают в статье, опубликованной в журнале Science.
Для этого исследователи синтезировали алмазные структуры, напоминающие гантели, с широкими «захватами», соединенными узким мостиком длиной около 1000 нанометров и 300 нанометров в диаметре. Прилагая усилие вдоль оси «мостика», авторам работы удалось растянуть его на величину до 9,7 процента, после чего материал возвращал себе первоначальную форму. По словам ученых, эта цифра близка к теоретическому пределу упругой деформации алмаза.
Кроме того, ученые провели моделирование электрических и оптических свойств алмаза при растяжении его в границах от нуля до 12 процентов. Было показано, что растяжение уменьшало запрещенную энергетическую зону электронов в материале, а значит, повышало его электропроводность. Максимальной величины она достигала при растяжении на величину около девяти процентов.
Моделирование предсказывает появление совершенно новых для алмаза свойств при еще большем растяжении. Из-за деформации кристаллической решетки непрямой переход электронов через запрещенную зону сменяется на прямой. Такой переход может сопровождаться испусканием фотона, что делает растянутые алмазы перспективным материалом и в сфере оптоэлектроники. «Я уверен, что нас ждет новая эра алмазов», — резюмирует профессор Лю Янг (Lu Yang), возглавлявший исследовательскую группу.