金剛石「金屬化」技術將其可從絕緣體轉化為導體

金剛石是一種有效的電絕緣體，但根據麻省理工學院和新加坡南洋理工大學（NTU）的一項新研究，情況可能並不總是如此。該研究小組計算出，使金剛石納米針變形，會使其導電性從絕緣體變為半導體，再變為高導電性金屬--然後再隨意變回來。

材料的應變似乎是各行各業通常想要避免的東西，但在某些情況下，它可以使材料變得更好。例如，經過應變的矽可以讓電子更容易地穿過它，使電晶體的開關速度提高35%，但是實現這一切關鍵是要施加足夠的應變來影響晶體晶格中原子的排列，但又不能太大，以至於晶格本身被破壞。

電子在材料中移動的難易程度是以材料的"帶隙"（bandgap）來衡量的，帶隙越大，電子越難通過。在5.6電子福特（eV）下，鑽石通常具有超寬的帶隙，使其成為一個絕緣體。但在新的研究中，研究人員發現了一種使金剛石應變以改變其帶隙的方法。

研究小組利用量子力學和機械變形的計算機模擬，發現可以用金剛石探針將金剛石納米針彎曲成不同程度的應變。施加的應變越大，帶隙就越窄，直到在針會斷裂的前一刻完全消失。在這一點上，金剛石完成了 "金屬化"，轉化成了一種優良的導電體。

左上：納米針被彎曲的電子顯微鏡圖像 右圖：電子顯微鏡下納米針被彎曲的圖像

"我們發現，可以將帶隙從5.6電子伏特一直降低到0，"該研究的對應作者Ju Li說。"如果能從5.6電子伏特連續變化到0電子伏特，那麼就能覆蓋所有的帶隙範圍。通過應變工程，可以讓金剛石擁有矽的帶隙，這是最廣泛使用的半導體，或者氮化鎵的帶隙，這又被普遍用在LED上。甚至可以讓它成為一個紅外探測器，或者探測從紅外線到光譜中的紫外線部分的整個範圍的光。"

該團隊表示，新技術可能會帶來一系列令人感興趣的應用。例如可以使太陽能電池能夠在單個設備上捕獲更廣泛的光頻率--這項工作目前需要不同材料的堆疊。這項技術還可以製造新型的量子探測器和傳感器。

儘管這項研究很吸引人，但目前仍處於早期的概念驗證階段，因此設計任何實用的設備還為時過早。

該研究發表在《美國國家科學院院刊》雜誌上。