這張放大1萬(wàn)倍的圖片顯示，一個(gè)電子器件上雕刻出了高低不平的“山峰”和“山谷”，鋪在上面的二硫化鉬經(jīng)過拉伸后，形成了一種擁有可變能隙的人工晶體。
近日，美國(guó)斯坦福大學(xué)一科研團(tuán)隊(duì)首次通過拉伸二硫化鉬的晶體點(diǎn)陣，“扯”出能隙可以變化的半導(dǎo)體。利用這種半導(dǎo)體，科學(xué)家有望制造出能夠吸收更多光能的太陽(yáng)能電池。
很多電子產(chǎn)品都離不開半導(dǎo)體。為了讓半導(dǎo)體為人所用，工程師必須精確地知道電子通過晶體點(diǎn)陣時(shí)需要耗費(fèi)多少能量。這種能量計(jì)量叫做能隙，它可以幫助科學(xué)家決定哪種物質(zhì)更適合執(zhí)行某種電子任務(wù)。
該科研團(tuán)隊(duì)所使用的二硫化鉬是一種巖石水晶。這種材料本身很常見，不過斯坦福大學(xué)的機(jī)械工程師鄭曉林（音）和物理學(xué)家哈利·馬諾哈蘭證明，二硫化鉬晶體點(diǎn)陣的排列方式賦予了它獨(dú)特的電子特質(zhì)。
二硫化鉬是具有單層原子結(jié)構(gòu)的物質(zhì)：一個(gè)鉬原子連接著兩個(gè)硫原子，這種三角形晶體點(diǎn)陣不斷在水平面上重復(fù)，形成紙一樣的結(jié)構(gòu)。二硫化鉬自然巖石是多個(gè)這樣的單層結(jié)構(gòu)疊在一起的結(jié)果。“從機(jī)械工程學(xué)的角度來(lái)看，單層的二硫化鉬非常迷人，因?yàn)樗木w點(diǎn)陣可以被極大地拉伸而不會(huì)斷裂。”鄭曉林說。
據(jù)斯坦福大學(xué)官網(wǎng)介紹，該科研團(tuán)隊(duì)在芯片上雕刻出高低不平的“山峰”和“山谷”，在上面鋪上二硫化鉬的單層原子結(jié)構(gòu)，然后將二硫化鉬的晶體點(diǎn)陣?yán)斓?ldquo;谷底”或“山峰”。這種拉伸改變了電子在二硫化鉬晶體點(diǎn)陣中移動(dòng)時(shí)所需要的能量，并產(chǎn)生了一種擁有可變能隙的人工晶體。
自2010年英國(guó)科學(xué)家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖羅夫憑借發(fā)現(xiàn)單層碳原子結(jié)構(gòu)的石墨烯獲得諾貝爾獎(jiǎng)后，科學(xué)家一直對(duì)單層原子結(jié)構(gòu)的物質(zhì)非常感興趣。2012年麻省理工大學(xué)的科學(xué)家曾在模擬實(shí)驗(yàn)中拉伸二硫化鉬的晶體點(diǎn)陣，并在理論上改變了二硫化鉬的能隙。此次斯坦福大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)則通過該實(shí)驗(yàn)真正實(shí)現(xiàn)了對(duì)二硫化鉬晶體點(diǎn)陣的拉伸。
科研人員相信這一實(shí)驗(yàn)為科學(xué)界在人工晶體結(jié)構(gòu)方面的進(jìn)一步創(chuàng)新奠定了基礎(chǔ)。馬諾哈蘭認(rèn)為，這一研究成果將對(duì)傳感器、太陽(yáng)能等多領(lǐng)域帶來(lái)廣泛影響。就太陽(yáng)能領(lǐng)域而言，由于這種人工晶體結(jié)構(gòu)對(duì)更大范圍的光譜都很敏感，因此具有用于制造更加高效的太陽(yáng)能電池的潛力。
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