Команда ученых из MIT использовала квантово-механические вычисления, анализ механической деформации и машинное обучение для того, чтобы продемонстрировать феномен, возможность которого долгое время существовала только в теории.

Идея деформации полупроводящего материала, например, кремния, для улучшения его производительности, нашла применение в микроэлектронике более 20 лет назад. Однако, этот подход влечет за собой небольшую деформацию примерно на уровне 1%. Профессор Ли Цзюй и его коллеги много лет изучают концепцию упругой деформации, основанную на способности вызывать значительные изменения в электрических, оптических, тепловых и прочих свойствах материалов, просто меняя их форму, пишет MIT News.

В 2018 они показали, что нанометровые алмазные иглы могут гнуться, не ломаясь, при комнатной температуре. Они доводили деформацию растяжения до 10%, после чего иглы возвращались к первоначальной форме.

Ключевым понятием тут является энергетическая щель, которая определяет, насколько легко электроны могут двигаться через материал. Обычно у алмазов она очень широкая — 5,6 электрон-вольт. Это значит, что алмазы — хороший изолятор.

Новейшие эксперименты команды профессора Ли показали, что энергетическую щель алмаза можно постепенно, непрерывно и обратимо менять, наделяя материал различными свойствами, от изолятора до полупроводника и металла.

«Мы обнаружили, что можно сократить энергетическую щель с 5,6 электрон-вольт до нуля, — сказал Ли. — Смысл этого в том, что если ты можешь непрерывно менять его с 5,6 электрон-вольт до нуля, то охватываешь весь диапазон энергетической щели. Посредством упругой деформации можно сделать так, что у алмаза будет энергетическая щель кремния, распространенного полупроводника, или нитрида галлия, который используется для светодиодов. Из него даже можно сделать инфракрасный детектор или детектор всего светового спектра, от инфракрасного до ультрафиолетового».

Ученые США описали в начале года метод получения многообещающего материала с управляемыми параметрами. Они синтезировали органическо-неорганический гибридный кристалл из углерода, йода и свинца и показали, что он демонстрирует два свойства, которые прежде не проявлялись разом в одном материале.