真·黑科技!黑暗竟然能够提升材料的力学性能!

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2018年05月25日 17:33 | 搜狐 暮云
由于无机半导体介于金属和绝缘体之间的可调导电性,使得它们在现代电子产品中必不可少,例如硅。半导体的导电性是由价带和导带之间的带隙决定的,缩小带隙可以使电子比较容易的从价带跃迁至导带,从而增强导电性。......

原标题:真·黑科技!黑暗竟然能够提升材料的力学性能!

由于无机半导体介于金属和绝缘体之间的可调导电性,使得它们在现代电子产品中必不可少,例如:硅。半导体的导电性是由价带和导带之间的带隙决定的,缩小带隙可以使电子比较容易的从价带跃迁至导带,从而增强导电性。然而,无机半导体是脆性的,这也就会导致器件失效,并限制了它们的应用范围,尤其是在柔性电子方面。

近来,名古屋大学的研究团体发现了一种在黑暗和光照不同实验条件下表现不同的无机半导体。他们发现,室温时,一种具有代表性的无机半导体,ZnS晶体在光照下是脆性的,但在黑暗环境中是塑性的。该发现被发表在《科学》杂志上。

“之前,未发现有关于完全黑暗影响无机半导体力学性能的研究”,研究人员Atsutomo Nakamura说,“我们发现,相对于光照条件下,ZnS晶体在完全黑暗中展现出较好的塑性”。

黑暗中的ZnS晶体直到应变率达到45%时,才发生断裂。该团队把黑暗中ZnS晶体增加的塑性归因于位错在完全黑暗中的高迁移率。位错是晶体中的一类缺陷,并显著影响着晶体性能。光照下,ZnS晶体为脆性的原因是由于该晶体在黑暗中的变形机制不同。

黑暗中ZnS晶体的高塑性伴随着形变晶体带隙的极大减小。因此,ZnS晶体的带隙被黑暗环境下的机械变形所控制,并且反过来影响着ZnS晶体的导电性。该团队提出,形变晶体中带隙变窄的原因是由于变形晶体中产生的位错改变了形变晶体的能带结构所导致的。

“该研究展现了无机半导体的力学性能对光的敏感性”研究人员KatsuyukiMatsunaga提出,“我们的发现促进了通过控制光照设计晶体技术的发展”。

研究的结果表明:可以借助光照控制无机半导体的力学,脆性,和导电性,该发现为优化电子学中半导体的性能开辟了新的道路。

无机半导体晶体通常往往发生脆性失效。ZnS也是如此;对ZnS晶体(A)在普通光照条件下进行力学测试,该晶体展示出严重的脆性。然而,我们发现,室温下,完全黑暗环境中的ZnS晶体沿着[001]晶向变形时,该晶体塑性变形的应变率达到了45%。此外,变形之后,形变ZnS晶体的光学带隙降低了0.6eV。提供者: Atsutomo Nakamura。

材料的变形是由于外力作用下位错产生和增加造成的(A和B)。普遍认为,由于脆性无机半导体材料含有极强的化学键,使得该材料不易产生位错。然而,我们发现,当ZnS晶体在黑暗环境中变形时,会有大量的位错产生和增加,从而使得该晶体展现出极好的塑性。

译者:iron-man

译自:phys

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