厲害了!曲師大這倆教授實現材料物理界新突破

   濟寧新聞網訊 近日，物理工程學院劉曉兵教授（實驗）和陳欣教授（理論）研究團隊在高壓製備n型導電金剛石領域取得重要進展，部分相關成果發表在國際頂尖期刊《美國國家科學院院刊》（PNAS，Boron-oxygen complex yields n-type surface layer in semiconducting diamond，DOI：10.1073/pnas.1821612116）。劉曉兵教授為論文第一作者與通訊作者，陳欣教授為論文第二作者與合作通訊作者，曲阜師範大學為論文第一作者與通訊作者單位。

為了解決寬帶隙金剛石半導體的單極性、施主雜質能級深、電阻率高等科學難題，劉曉兵教授課團隊利用高溫高壓合成技術實現了n型多元共摻雜金剛石單晶的製備。

該團隊研究發現，在重摻硼金剛石單晶生長過程中，硼原子主要富集於{111}生長晶面，並傾向於與氧原子結合形成B-O複合缺陷，可以在1000 K以上保持穩定。在高溫高壓條件下，通過調節金剛石晶體中B-O元素的比例，可以實現p型向n型電導轉變，且具有極高的載流子濃度（~1021 cm-3），大幅提升了傳統硫、磷摻雜n型金剛石半導體的載流子濃度（1017–1019 cm-3）。通過在金剛石結構中構建B-O複合缺陷模型，利用第一性原理模擬發現，B3O與B4O是兩種具有淺能級結構的潛在施主雜質，且B-O複合缺陷的形成能較低，因而在高溫高壓實驗條件下最容易形成。該項研究成果為在金剛石結構中尋找新的淺能級施主提供了新思路，是利用極端條件科學裝置開展新材料物理研究的典型案例。

該成果實驗工作主要依託曲阜師範大學物理學科的高壓實驗室完成，是山東省內首個可以同時滿足利用六面頂大腔體液壓設備在7.0 GPa高壓、2700 K高溫條件下開展材料合成實驗，並可利用金剛石對頂砧與雷射加熱技術在100 GPa及1.8–4000 K範圍內開展材料物性原位測試的實驗平臺。理論模擬工作在學校高性能計算科學中心伺服器上完成。該項研究得到了國家自然科學基金委、山東省一流學科建設項目、曲阜師範大學人才引進專項等資金資助。

創刊於1914年的《美國國家科學院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，縮寫PNAS）是世界公認的四大期刊（《Nature》《Science》《Cell》《PNAS》）之一，主要由美國科學院院士撰稿審稿，國際學術聲譽高，也是被引用次數最多的綜合學科期刊之一。

（來源：曲阜師範大學）

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