Ilmuwan Menemukan Berlian yang Menggetarkan

Berlian dapat menghantarkan listrik seperti logam ketika berubah bentuk menjadi tekanan skala nano, menurut perkiraan sebuah penelitian oleh tim ilmuwan internasional yang dipimpin oleh Nanyang University of Technology, Singapura (NTU Singapura) dan Institut. Massachusetts Technologist (Dengan), AS.

Menggunakan simulasi komputer, tim, yang juga termasuk peneliti dari Skolkovo Institute of Science and Technology (Skoltech), di Rusia, mendemonstrasikan sebagai bukti pertama dari konsep bahwa tekanan mekanis diterapkan pada jarum berlian di skala nano dapat mengubah geometrinya secara reversibel dan oleh karena itu sifat listriknya, memberikannya konduktivitas seperti logam pada suhu dan tekanan kamar.

Studi tersebut dipublikasikan di jurnal Prosiding National Academy of Sciences of the United States of America pada 6 Oktober 2020, ini dapat mengarah pada aplikasi masa depan dalam elektronika daya yang digunakan di berbagai mesin mobil dan peralatan listrik ke jaringan pintar; dioda pemancar cahaya (LED) yang sangat efisien; perangkat optik; dan deteksi kuantum, yang meningkatkan dan menyempurnakan apa yang sebenarnya bisa dilakukan sensor.

Penulis terkait dari studi ini adalah presiden NTU, Profesor Subra Suresh, Profesor Ju Li dari MIT, dan kepala ilmuwan peneliti MIT, Ming Dao. Daftar penulis termasuk Zhe Shi, seorang mahasiswa pascasarjana MIT, dan Evgenii Tsymbalov serta Profesor Alexander Shapeev di Skoltech.

Penemuan ini mengikuti penemuan eksperimental oleh tim ilmuwan NTU-Hong Kong-MIT yang dipimpin oleh Profesor Suresh, yang melaporkan dalam artikel 2018 yang diterbitkan di Science bahwa jarum nano berlian – masing-masing sekitar seribu kali lebih tipis daripada sehelai rambut manusia – bisa dibengkokkan dan dipanjangkan secara substansial, sehingga ditarik ke belakang tanpa rusak saat rambut dilepaskan.

Kekerasan dan kekakuan yang luar biasa tinggi dari Diamond, dengan berbagai sifat fisiknya yang ekstrem, menjadikannya bahan kandidat yang diinginkan untuk berbagai macam aplikasi. Penemuan baru ini juga membuka jalan bagi aplikasi berlian baru di bidang informasi kuantum, elektronika daya, dan fotonik, termasuk desain sensor kuantum, pendeteksi dan pemancar foto yang sangat efisien, dan aplikasi di pencitraan biomedis.

Prof Suresh, yang juga Profesor NTU Distinguished University, berkata: “Kemampuan untuk merekayasa dan memahami konduktivitas listrik dalam berlian tanpa mengubah komposisi kimianya dan stabilitasnya menawarkan fleksibilitas yang belum pernah ada sebelumnya dalam memahami fungsinya. metode yang ditunjukkan dalam pekerjaan ini dapat diterapkan pada berbagai bahan semikonduktor lain yang menarik minat teknologi dalam aplikasi mekanis, mikroelektronik, biomedis, energetik dan fotonik, melalui rekayasa regangan. “

Dari isolator hingga konduktor logam

Bahan yang mudah melewatkan arus listrik dikenal sebagai penghantar listrik, sedangkan bahan seperti intan yang tidak disebut isolator listrik.

Berlian dalam banyak bentuk adalah isolator listrik yang baik karena broadband ultrasonik 5,6 elektron volt (eV). Ini berarti bahwa sejumlah besar energi diperlukan untuk menggairahkan elektron dalam material sebelum dapat bertindak sebagai pembawa arus listrik. Semakin kecil celah pita, semakin mudah arus mengalir.

Menggunakan simulasi komputer yang melibatkan mekanika kuantum, analisis deformasi mekanis, dan pembelajaran mesin, para ilmuwan menemukan bahwa mereka dapat membatasi celah pita ini dengan mengubah bentuk jarum nano berlian secara elastis, menekuknya seperti probe berlian untuk mendorongnya dari samping.

Mereka telah menunjukkan bahwa ketika jumlah tegangan di kawat nano berlian meningkat, celah pita yang diharapkan menyusut – indikator peningkatan konduktivitas listrik. Celah pita menghilang sepenuhnya mendekati jumlah maksimum ketegangan yang bisa ditahan jarum sebelum patah. Mereka juga menunjukkan bahwa metalisasi berlian pada skala nano dapat dicapai tanpa memicu ketidakstabilan fonon atau transformasi fase dari intan menjadi grafit, bahan lunak pada pensil.

Para peneliti kemudian menggunakan hasil simulasi untuk membentuk algoritma pembelajaran mesin untuk mengidentifikasi kondisi umum untuk mencapai konduktivitas listrik yang optimal dari berlian skala nano dalam berbagai konfigurasi geometris. Penelitian ilmiah ini, bahkan pada tahap awal, menunjukkan peluang untuk pengembangan lebih lanjut perangkat potensial dengan sifat dan manfaat yang belum pernah terjadi sebelumnya.

Rekan penulis dan profesor MIT Ju Li berkata: “Kami telah menemukan bahwa adalah mungkin untuk mengurangi celah pita dari 5,6 eV menjadi nol. Intinya adalah jika Anda dapat terus mengubah dari 5,6 ke nol eV , kemudian mencakup seluruh rentang celah pita. Melalui rekayasa tegangan, Anda dapat membuat berlian memiliki celah pita silikon, yang sebagian besar digunakan sebagai semikonduktor, atau galium nitrida, yang digunakan untuk LED. Itu juga bisa menjadi detektor inframerah atau mendeteksi seluruh jangkauan cahaya hingga inframerah di bagian spektrum ultraviolet. “

Baca Mengubah Berlian Menjadi Logam untuk mengetahui lebih lanjut tentang penelitian ini.

Referensi: “Metalisasi Berlian” oleh Zhe Shi, Ming Dao, Evgenii Tsymbalov, Alexander Shapeev, Ju Li dan Subra Suresh, 5 Oktober 2020, Prosiding National Academy of Sciences.
DOI: 10.1073 / pnas. 2013565117

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Diet junk food dapat meningkatkan risiko mengemudi berbahaya di antara pengemudi truk

Diet tidak sehat yang terkait dengan kelelahan yang lebih besar: Faktor kunci dalam peningkatan risiko kecelakaan, kata para peneliti. Pola makan yang tidak sehat dapat...

Fotosintesis buatan menjanjikan sumber energi yang bersih dan berkelanjutan

Manusia dapat melakukan banyak hal yang tidak dapat dilakukan oleh tumbuhan. Kita bisa berjalan, berbicara, mendengarkan, melihat dan menyentuh. Tetapi tanaman memiliki...

Es laut di pantai Arktik menipis secepat yang saya kira

Es Arktik yang menurun bisa dibilang salah satu korban terbesar perubahan iklim, dan dampaknya sangat luas, dari keadaan beruang kutub yang ikonik dan satwa...

Dinosaurus terbesar di Australia – “Titan Selatan” – baru saja memasuki buku rekor!

Kolaborasi Australia, "Titan Cooper Selatan." Penulis: Vlad Konstantinov, Scott Hoknul © Museum Sejarah Alam Eromanga Apa lapangan basket yang lebih tinggi dari b-double, dan...

Maju dengan roket SLS Moon raksasa, pertemuan dekat dengan Ganymede dan gerhana cincin api

Inti roket Space Launch System (SLS) seberat 188.000 pon telah naik ke peluncur bergerak, di antara dua pendorong roket padat. Kredit: NASA Bergerak maju...

Newsletter

Subscribe to stay updated.