弹性金刚石可以帮助量子计算机在室温下运行

一组由香港城市大学（CityU）、麻省理工学院（MIT）和哈尔滨工业大学（HIT）组成的研究团队，受到香港研究资助局和中国国家自然科学基金会的资助，首次通过纳米力学方式，实现了微晶金刚石阵列的大而均匀的拉伸弹性应变。

该研究展示了金刚石作为光子学、微电子学和量子信息技术方面的巨大应用潜力。研究成果以“Achieving large uniform tensile elasticity in microfabricated diamond”为题，发表在《Science》上[1]。

珠穆朗玛峰

金刚石不仅坚硬，而且对电和热都具有很高的导电性。其还具备超宽的带隙、出色的载流子迁移率和极高的导热性。

香港城市大学机械工程学系的副教授陆洋，也是此次研究的领导者之一，在谈到金刚石的潜力时，他表示因为具有种种出色的特性，金刚石可以被称之为“珠穆朗玛峰”般的电子材料。

而对其施加相对程度较大的拉伸处理，金刚石的电子性质可能会发生转变，这种转变激发出了很多的应用场景。

研究小组在室温条件中，沿[100]、[101]和[111]方向，在单轴拉伸载荷作用下，制备了长约1微米、宽约100纳米的单晶金刚石桥结构，获得了样品宽度均匀的弹性应变。
 

图1｜微制备单晶金刚石桥样品（来源：Science）

研究人员还演示了金刚石微桥阵列的深层弹性应变。巨大的、高度可控的弹性应变，可以从根本上改变金刚石的体能带结构，包括高达约2电子伏特的带隙降低。
 

图2｜金刚石沿[100]、[101]和[111]方向的拉伸结果（来源：Science）

新时代

陆洋表示，这是首次通过拉伸实验显示出金刚石极大而又均匀的弹性，团队的发现证明了通过纳米力学方式，金刚石结构的“深层弹性应变工程”开发电子器件的可能性。

然而，其中的一个缺点在于，金刚石的大带隙和紧密的晶体结构，使得它们很难“掺杂” 。而“掺杂”是制造阶段调节半导体电子性能的一种方法，这种方法可能会破坏金刚石在电子和光电子应用方面的工业潜力。
 

图3｜研究团队中的三名成员（来源：CityU）

陆洋补充说，不要受到潜在障碍的约束，金刚石的新时代即将到来。

的确如此，通过CityU、MIT和HIT为下一代微电子扩展金刚石方面的合作，量子信息科学的曙光就在眼前。

参考链接：

[1]https://science.sciencemag.org/content/371/6524/76#login-pane

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