哈爾濱工業大學團隊在金剛石單晶領域取得重大科研突破

2021-01-10 中國教育在線

　　1月1日，哈爾濱工業大學與香港城市大學、麻省理工學院等單位合作，首次通過納米力學方法，展示了微晶金剛石陣列均勻的深彈性應變。該研究突出了深彈性應變工程在光子學、電子學和量子信息技術中的巨大應用潛力。研究成果以「微納金剛石單晶的超大均勻拉伸彈性」（Achieving large uniform tensile elasticity in microfabricated diamond）為題，發表在科學在線（Science online）上，其中韓傑才院士團隊的朱嘉琦教授、青年教師代兵分別為共同通訊作者（陸洋、李巨、朱嘉琦、Alice Hu）和共同第一作者（黨超群、Jyh-Pin Chou、代兵、Chang-Ti Chou），哈爾濱工業大學為共同通訊作者和共同第一作者單位。

　　金剛石具有高硬度、超寬帶隙、出色的載流子遷移率和優異的導熱性能，是實現「後摩爾」時代電子、光電子和量子晶片的基礎性材料之一，目前最大的技術障礙在於實現帶隙的有效調控。由於金剛石結構緊湊，常規的N型摻雜目前進展緩慢。本研究發現，通過超大的彈性應變調控，可以從根本上改變金剛石的能帶結構，從而為彈性應變工程及單晶金剛石器件的應用提供基礎性和顛覆性解決方案。

　　納米級金剛石針被證明具有超大的彈性變形現象，局部拉伸彈性應變達到了9％以上，表明深彈性應變工程（ESE）在金剛石中產生非常高（> 5％）的拉伸和剪切彈性應變。但是上述的應變嘗試往往局限於小樣本體積內彎曲，導致應變分布不均勻，產生的高應變場會高度局部化。而在晶圓級、微米尺度樣品中實現大均勻彈性應變，以充分利用深彈性應變工程進行金剛石器件的大規模集成加工將更加具有學術和工程意義。

　　本研究在室溫下沿[100]，[101]和[111]方向對長度約1微米，寬度約100納米的單晶金剛石橋結構進行了精細加工，並在單軸拉伸載荷下獲得了樣品範圍內的均勻彈性應變，通過計算可實現單晶金剛石多達2eV的帶隙降低。

　　韓傑才院士、朱嘉琦教授團隊長期從事大尺寸單晶金剛石、前沿器件及裝備研製等研究，在國家重點研發計劃、國家自然科學基金等項目的支持下，在英寸級單晶金剛石、金剛石增強導熱器件、日盲紫外探測、核素電池等方面取得階段性成果，有效支撐哈爾濱工業大學基礎研究和重大工程研發能力的提升。

研究成果發表

沿[101]方向的裝卸拉伸實驗

[100]，[101]和[111]取向金剛石的統計拉伸結果

相關焦點

  • 金剛石單晶領域取得重大科研突破
    金剛石單晶領域取得重大科研突破 來源：科技日報時間：2021-01-11 10:25:51 如何讓金剛石「聽話」，
  • 金剛石單晶重大突破:從根本上改變金剛石的能帶結構
    打開APP 金剛石單晶重大突破：從根本上改變金剛石的能帶結構 問舟 發表於 2021-01-11 10:21:30 來自哈爾濱工業大學的韓傑才院士團隊
  • 哈工大在金剛石單晶領域取得重大科研突破
    近日，哈爾濱工業大學與香港城市大學、麻省理工學院等單位合作，首次通過納米力學方法，展示了微晶金剛石陣列均勻的深彈性應變。該研究突出了深彈性應變工程在光子學、電子學和量子信息技術中的巨大應用潛力。研究成果以「微納金剛石單晶的超大均勻拉伸彈性」（Achieving large uniform tensile elasticity in microfabricated diamond）為題，發表在科學在線（Science online）上，其中韓傑才院士團隊的朱嘉琦教授、青年教師代兵分別為共同通訊作者（陸洋、李巨、朱嘉琦、Alice Hu）和共同第一作者（黨超群
  • 韓傑才院士團隊在金剛石單晶領域取得重大科研突破
    哈工大報訊（航天/文）1月1日，我校與香港城市大學、麻省理工學院等單位合作，首次通過納米力學方法，展示了微晶金剛石陣列均勻的深彈性應變。該研究突出了深彈性應變工程在光子學、電子學和量子信息技術中的巨大應用潛力。
  • 最新突破!金剛石可拉伸,變身晶片時更「聽話」
    哈爾濱工業大學與香港城市大學、麻省理工學院等單位合作，在金剛石單晶領域取得重大科研突破，首次通過納米力學新方法，通過超大均勻的彈性應變調控，從根本上改變金剛石的能帶結構，為實現下一代金剛石基微電子晶片提供了一種全新的方法。1月1日，相關論文在線發表在國際著名學術期刊《科學》（Science）上。
  • 重大突破!哈爾濱工業大學參與的這項研究應用潛力巨大
    1月1日，我校與香港城市大學、麻省理工學院等單位合作，首次通過納米力學方法，展示了微晶金剛石陣列均勻的深彈性應變。該研究突出了深彈性應變工程在光子學、電子學和量子信息技術中的巨大應用潛力。研究成果以「微納金剛石單晶的超大均勻拉伸彈性」為題，在線發表於科學（Science）上，其中韓傑才院士團隊的朱嘉琦教授、青年教師代兵分別為共同通訊作者（陸洋、李巨、朱嘉琦、Alice Hu）和共同第一作者（黨超群、Jyh-Pin Chou、代兵、Chang-Ti Chou），我校為共同通訊作者和共同第一作者單位。
  • 金剛石晶片關鍵技術獲得突破:從根本上改變金剛石的能帶結構
    來自哈爾濱工業大學的韓傑才院士團隊，與香港城市大學、麻省理工學院等單位合作，在金剛石單晶領域取得重大科研突破。
  • 金剛石晶片關鍵技術獲得突破
    中國青年報消息，哈爾濱工業大學與香港城市大學、麻省理工學院等單位合作，在金剛石單晶領域取得重大科研突破，首次通過納米力學新方法，通過超大均勻的彈性應變調控，從根本上改變金剛石的能帶結構，為實現下一代金剛石基微電子晶片提供了一種全新的方法。
  • 哈工大機器人中山基地啟動金剛石單晶材料項目
    9月11日，大尺寸高品質金剛石單晶材料生產裝備及工藝技術研發和產業化項目，在哈工大機器人中山基地正式啟動。該項目今年6月成功獲批廣東省重點領域研發計劃-第三代半導體材料與器件專項，由哈工大機器人（中山）無人裝備與人工智慧研究院（下稱」HRG中山研究院「）負責總體統籌及規劃。
  • 石墨烯晶圓亮相後,金剛石晶片迎來技術突破,國產晶片找到新賽道
    石墨烯單晶圓相較於矽晶圓，性能至少提升了十倍。石墨烯晶圓經過切割、刻蝕、光刻等多項步驟，便可打造成碳基晶片。而碳基晶片是業界公認的矽基晶片的替代者。目前，中科院正對如何將石墨烯晶圓實現碳基晶片量產進行研究。一旦成功，半導體全產業鏈將被顛覆，半導體領域重新洗牌。到時，中國將一改如今的落後局面，成為規則制定者。
  • 新方法讓金剛石變身晶片時更「聽話」
    本文轉自【科技日報】；科技日報訊 （記者李麗雲）如何讓金剛石「聽話」，像矽一樣實現晶片的基本功能？哈爾濱工業大學與香港城市大學、麻省理工學院等單位合作，在金剛石單晶領域取得重大科研突破，首次通過納米力學新方法，通過超大均勻的彈性應變調控，從根本上改變金剛石的能帶結構，為實現下一代金剛石基微電子晶片提供了一種全新的方法。近日，該研究成果以「微納金剛石單晶的超大均勻拉伸彈性」為題在線發表於國際著名學術期刊《科學》。
  • 河北工業大學在石墨—金剛石相變機制理論研究方面取得重大進展
    近日，河北工業大學在石墨—金剛石相變機制理論研究方面取得重大進展。8月4日，Nature出版集團的《Scientific Reports》雜誌刊發該校謝紅獻博士為第一作者的論文《Mechanism for direct graphite-to-diamond phase transition》(石墨—金剛石相變機制研究)。該研究為人工合成金剛石提供了一個全新的思路：可按人意願控制人造多晶金剛石晶粒的大小，以及單晶金剛石的合成。
  • 獲重要突破！哈爾濱工業大學研究團隊在攪拌摩擦焊接領域持續發力
    在國家自然科學基金項目和哈爾濱工業大學青年科學家工作室建設項目的支持下，哈工大先進焊接與連接國家重點實驗室黃永憲教授、曹健教授團隊在國際材料科學研究領域著名期刊《材料科學進展》發表了題為「攪拌摩擦焊固有模式及其控制策略」(Recent progress on control strategies for inherent issues in friction stir welding)的長文綜述
  • 全球金剛石最強嘉賓陣容,不容錯過!
    金剛石單晶半導體及高導熱功能應用　　金剛石被譽為終極半導體，具有更高的禁帶寬度、熱導率以及材料穩定性，是未來集成電路，資訊時代發展的基礎。在新一代深紫外光電器件、高壓大功率電力電子器件等意義重大的應用領域具有顯著的優勢和巨大的發展潛力。
  • 燕山大學在金剛石力學性能研究中取得重要進展
    近期，燕山大學亞穩材料製備技術與科學國家重點實驗室田永君院士團隊與浙江大學交叉力學中心楊衛院士團隊合作，實現了金剛石的超高彈性應變（拉伸強度）和室溫位錯誘導的塑性變形。金剛石是自然界已知最硬的材料，被廣泛應用於珠寶、機械、半導體、對頂砧以及新型微納操縱等行業和領域，是不可或缺的戰略性材料，得到世界各工業發達國家的高度重視。然而，室溫下金剛石塊材極易脆斷，實測彈性應變不足2%，傳統更認為其不具備塑性變形能力，這些特徵嚴重限制了金剛石的潛在應用。
  • 哈爾濱工業大學冷勁松教授團隊,智能材料領域優秀團隊簡介
    哈爾濱工業大學冷勁松教授團隊，最早於1992年在哈工大開展智能材料系統和結構的研究，並長期致力於智能材料及其應用的研究，與杜善義院士等合著 「智能材料系統和結構」專著，且相關研究成果受到廣泛關注。冷勁松教授於2017年獲國際複合材料學會世界學者獎，2018當選年度美國科學促進會會士。
  • 打造瑰麗的「水晶宮」 ——記山東大學晶體材料科研創新團隊
    千萬年來，自然界中形成了許多美麗的晶體，金剛石、紅寶石、祖母綠等等。十九世紀末，人們才開始嘗試探索各種方法來生長晶體，這種由人工方法生長出來的晶體被稱為人工晶體。由於能夠實現光、電、磁、熱、聲和力的相互作用和轉換，晶體成為電子器件、半導體器件、固體雷射器件及各種光學儀器等工業的重要材料，被廣泛地應用於通信、光學、物理、化學、醫學、安檢、建築、軍事技術等領域。陶緒堂等晶體材料科研創新團隊所在的山東大學晶體材料國家重點實驗室就恰似一座瑰麗的「水晶宮」。
  • 鄒廣田院士:高速生長CVD金剛石單晶及其應用
    根據金剛石的晶體形態，金剛石可分為單晶體、連生體和聚晶體。其中金剛石單晶由於缺陷少、品質高，在某些應用領域具有不可替代的作用。但是，天然的金剛石單晶（特別是較大尺寸，晶型、取向等符合應用要求的單晶）在自然界中十分稀少，價格昂貴。目前人工合成金剛石單晶的方法主要可分為兩類：高溫高壓法（HTHP），化學氣相沉積法（CVD）。
  • 中國科學家在「菠蘿基因組研究」領域取得重大突破
    央廣網福州11月3日消息（記者葛朝興）記者今天（3日）從福建農林大學舉行的新聞發布會上獲悉，該校牽頭的科研團隊在「菠蘿基因組與景天酸代謝光合作用的演化」方面的研究取得重大突破，同時也奠定了中國在這一研究領域處於國際領先水平。　　該研究由福建農林大學牽頭，聯合中國科學院、臺灣大學等17個研究機構共同完成。
  • 哈爾濱工程大學科研團隊國際首創「三合一」海底探測神器
    中國教育報—中國教育新聞網訊（記者 曹曦 通訊員 霍萍）近日，哈爾濱工程大學水聲學院李海森科研團隊成功研發國際首創的「三合一」海底探測神器，讓神奇莫測的海底變得更加「透明」。