Постепено су их модификовали од изолатора преко полупроводника и проводника све до суперпроводљивог материјала тако што су их индуковали динамички, а потом вратили у почетни облик, без оштећења структуре дијаманта.
Ово истраживање иако у најранијим фазама може довести до употребе дијаманата за соларне панеле који користе велики спектар светлосних таласа, ЛЕД техници високе ефикасности и електроници која користи високе волтаже, новим оптичким уређајима или квантним сензорима, пише „Сај тех дејли“.
Промена својства метала применом великих сила
Научни тим је користио квантно механичке прорачуне, анализе механичких деформација и машинско учење (подврста вештачке интелигенције) да би доказао феномен за који се дуго сматрало да је теоретски могућ и да се може постићи у реалности на нанодијамантима.
Употреба технологије „stres sana strain“ (примена силе како би дошло до деформације унутар материјала) на полупроводнике попут силикона да би им се побољшале перформансе није нова и примењује се више од две деценије у индустрији микроелектронике.
Овај процес захтева малу силу да би се постигле деформације од око 1 одсто.
Тим истраживача предвођен професором Џу Лијем са МИТ провео је године тражећи модел (elastic strain inžinjering) где би се применом средњих и већих сила дошло до великих деформација у материјалу чиме би му се драстично променила својства. Идеја је да се промени распоред атома унутар кристалне решетке материјала, али да се не нарушава њена структура.
Суреш Дао и Јанг Лу из Сити универзитета у Хонгконгу успели су да савију наноиглице дијаманта без нарушавања њихове структуреи да им створе деформације које су биле и до 10 одсто, а да при том нису пукле. Оне су такође биле у могућности да се врате у првобитни облик.
Дијамант као соларна ћелија
Кључно за ово истраживање је својство материјала које се назива бандгап које у суштини одређује колико лако електрони могу да се крећу кроз материјал. То је у основи и кључ проводљивости материјала.
Ова вредност је код дијаманта доста велика, 5,6 електрон волти, што значи да се електрони слабо крећу кроз њега и да је зато добар изолатор. Међутим, симулације показују да је могуће поступно променити дијамантов бандгап дајући му читаву лепезу електричних својстава од изолатора до суперпроводљивог материјала.
Професор Џу Ли каже да је у могућности да смањи бандгап дијаманта са 5,6 до 0 у континуитету. На тај начин је могуће циљано, према потребама, мењати вредности бандгапа. Помоћу стрејн инжењеринга дијамант се може свести да има бандгап силикона и да се понаша попут полупроводника или галијум-нитрида који се користи за ЛЕД уређаје.
Можесе чак претворити у детектор за инфрацрвени спектар светлости или пак да открива читав спектар светлосних фреквенција од инфрацрвене до ултраљубичасте.
„Могућност да се кроз дијамант проводи струја без промене његовог хемијског састава и стабилности нуди до сада невиђену флексибилност да његове функције прилагодимо нашим потребама“, сматра професор Суреш Дао.
Он каже да методи представљени у овом истраживању могу да се примене и на читаву лепезу других полупроводника важних за бројне гране индустрије.
У будућности би мајушни дијамант могао савијањем и деформацијом да постане соларна ћелија која прима читав светлосни спектар на једном уређају. То је за сада могуће само употребом тандем уређаја који су везани у нивое како би се искомбиновале њихове способности за хватање дела светлосног спектра. Ово би потенцијално могло да добије примену у индустрији и науци као фотодетектор широког спектра.
Овај рани успех још није примењив у пракси, али истраживачи кажу да ће даља испитивања поједноставити примену дијаманата у науци, медицини и бројним гранама индустрије.
Научна открића која су заснована на симулацији, математичким прорачунима и ранијим експерименталним резултатима објављена су 2020. године у „Proceedings of National Academy of Sciences“.
Погледајте и: