Утверждение, что алмаз является не самым эластичным материалом на свете — это явное преуменьшение. В то время, как коэффициент растяжения самых эластичных материалов может составлять сотни процентов, эта величина у алмаза, самого твердого материала в мире, не превышает 0.4 процента. Однако, группе ученых из Гонконга удалось найти способ растянуть наноразмерные алмазы на такую величину, что это в корне меняет их электронные и оптические свойства.
Это же, в свою очередь, может послужить первым шагом в мир новых «алмазных» устройств и приборов.
Исследователи из Городского университета Гонконга (City University of Hong Kong) обнаружили в свое время, что в наноразмерных масштабах алмаз имеет более высокую эластичность, чем в обычном виде этого материала. И первые эксперименты, проведенные еще несколько лет назад, послужили экспериментальным подтверждением, наноразмерные алмазные «иглы» выдержали воздействие, вызвавшее упругую деформацию в целых 9 процентов.
В недавних исследованиях ученые сделали еще один шаг вперед, они изготовили алмазные заготовки, чем-то напоминающие формой форму моста длиной 1000 нанометров и шириной 300 нанометров. Далее, при помощи специальной установки, принцип действия которой продемонстрирован на втором из приведенных здесь снимков, алмазный «мост» подвергался воздействию, которое вызывало упругую деформацию растяжения алмаза. Ученые отметили, что при деформации алмаза до 7.5 процентов кристалл возвращается полностью к оригинальной форме и размерам после того, как воздействие снимается.
В дальнейшем ученые оптимизировали форму алмазных объектов и получили еще больший коэффициент допустимой деформации алмаза, который составил 9.7 процента и который уже очень близок к теоретическому пределу эластичности этого материала.
Как уже упоминалось выше, проведенные эксперименты по растягиванию алмаза проводились учеными не ради праздного интереса. Давно известно, что деформации, вызываемые механическими воздействиями, кардинально меняют некоторые свойства различных материалов. И алмаз не является исключением из этого, при деформации происходят изменения целого ряда электронных и оптических свойств этого материала.
Для изучения изменений свойств алмаза ученые воздействовали на алмаз различными силами, которые вызывали деформацию в пределах от 0 до 12 процентов. Было замечено, что при увеличении деформации значение ширины запрещенной зоны алмаза уменьшалось, другими словами, этот материал становился электрическим проводником, точнее, полупроводником. Максимальной сужение запрещенной зоны на целых 2 электронвольта было зарегистрировано при уровне деформации в 9 процентов.
Изменения свойств при деформации могут сделать алмаз полезным материалом для некоторых электронных и оптических устройств. Сужение запрещенной зоны при 9-процентной деформации, как показали результаты проведенного моделирование, позволяет электрону, «перепрыгнувшему» через барьер перехода, сохранить достаточно энергии для излучения фотона света, что можно использовать для увеличения эффективности некоторых оптико-электронных устройств.