Благодаря инновационной методике, разработанной учеными в Гонконге, удалось значительно увеличить растяжение алмаза, что позволило изменить структуру его кристаллической решетки и улучшить характеристики материала.
Алмаз обладает исключительной твердостью, и в отличие от эластичных материалов, способных растягиваться на сотни процентов от изначальной длины, алмаз деформируется лишь на 0,4 процента. Чтобы придать этому минералу новые полезные электрические и оптические характеристики, исследователи из Городского университета Гонконга поставили перед собой задачу увеличить степень его деформации. Результаты своей работы они описывают 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.
В ходе исследования ученые также провели моделирование электрических и оптических характеристик алмаза при растяжении, варьируемом от 0% до 12%. Результаты показали, что растяжение приводит к снижению запрещенную энергетическую зону электронов в материале, а значит, повышало его электропроводность. Максимальной величины она достигала при растяжении на величину около девяти процентов.
Продолжающееся моделирование указывает на возможность возникновения уникальных свойств у алмазов при дальнейшем растяжении. Деформация кристаллической структуры приводит к тому, что непрямой электронный переход через запрещенную зону заменяется прямым. Этот тип перехода может сопровождаться испусканием фотона, что делает растянутые алмазы интересными для применения в оптоэлектронике. «Я уверен, что нас ждет новая эра алмазов», — резюмирует профессор Лю Янг (Lu Yang), возглавлявший исследовательскую группу.