Wissenschaftler dehnen einen Diamanten, um seine elektronischen Eigenschaften zu verbessern

Diamant ist ein bekanntes hartes Material, aber jetzt konnten Wissenschaftler der Universität von Hongkong es mehr als je zuvor dehnen. Wozu? Das Strecken von nanoskaligen Proben verändert ihre elektronischen und optischen Eigenschaften, was eine neue Welt von Diamantgeräten eröffnen könnte.

Zu sagen, dass Diamant nicht sehr elastisch ist, wäre eine Untertreibung - während die elastischsten Materialien elastische Zugverformungen von mehreren hundert Prozent erreichen können, dehnt sich Diamant maximal auf weniger als 0,4 Prozent.

Im Nanobereich sollte Diamant jedoch theoretisch eine viel höhere Elastizität aufweisen. Vor einigen Jahren hat ein Team der Universität von Hongkong die Diamantnadeln in Nanogröße auf bis zu 9 Prozent gedehnt.

In der neuen Studie sind Wissenschaftler noch einen Schritt weiter gegangen. Sie schufen brückenartige Diamantproben mit einer Länge von etwa 1000 Nanometern und einer Breite von 300 nm und streckten sie. Über eine Reihe von Zyklen zeigte der Diamant über seine gesamte Oberfläche eine elastische Verformung von etwa 7,5%, bevor er nach Ablassen des Drucks wieder in seine ursprüngliche Form zurückkehrte.

In nachfolgenden Tests optimierten die Forscher die Form der Proben und schafften es dann, den Diamanten noch weiter zu dehnen - bis zu 9,7 Prozent. Dies soll nahe an der theoretischen Elastizitätsgrenze von Diamant liegen.

Bei dem Experiment ging es jedoch nicht nur um das Dehnen des Diamanten, sondern auch um den Weg für neue elektronische Komponenten aus Diamant. Das Anwenden dieser Art von Verformung kann tatsächlich einige der elektronischen und photonischen Eigenschaften des Materials verändern.

Um herauszufinden, wie viel, modellierten die Wissenschaftler die elektronischen Eigenschaften von Diamant bei verschiedenen Verformungsgraden von null bis 12 Prozent. Sie fanden heraus, dass mit zunehmender Zugspannung die Bandlücke eines Diamanten abnimmt, was im Wesentlichen bedeutet, dass der Diamant elektrisch leitfähiger wird.

Es erreichte einen Höhepunkt bei etwa 9 Prozent Spannung. Mit Hilfe der Spektroskopie haben Wissenschaftler diesen Trend zu einer Verringerung der Bandlücke in Diamantproben bestätigt.

Die Forscher sagen, dass das Festziehen des Diamanten ihn für eine Reihe verschiedener elektronischer Anwendungen nützlicher machen könnte.

Interessanterweise haben Simulationen auch gezeigt, dass eine Dehnung des Diamanten um mehr als 9 Prozent in einer anderen Kristallorientierung seine Bandlücke von indirekt zu gerade ändert. Dies bedeutet, dass ein Elektron, das durch es hindurchgeht, direkt ein Photon emittieren kann, wodurch optoelektronische Bauelemente möglicherweise effizienter werden.

Die Forschung wurde in der Zeitschrift Science veröffentlicht.