“鉆石恒久遠(yuǎn)，一顆永流傳。”鉆石，也叫金剛石。長(zhǎng)久以來(lái)，鉆石以其具備稀少、美麗、耐久的品質(zhì)被人們視為珍寶。
近期的一項(xiàng)研究成果表明，鉆石不僅僅是稀世珍寶，更具有科技應(yīng)用潛力——它有望成為下一代電子元件的制備材料，用于未來(lái)量子計(jì)算機(jī)的芯片制作。
很長(zhǎng)一段時(shí)間里，硅一直是第三代半導(dǎo)體最重要的原材料。電腦、手機(jī)等電子設(shè)備內(nèi)部，都依賴(lài)于半導(dǎo)體芯片和硅基集成電路。根據(jù)摩爾定律，一英寸計(jì)算機(jī)芯片上的晶體管數(shù)量每年翻一番，成本減半。這意味著積壓在硅芯片上的微型晶體管，每年的體積都縮小一半。隨著時(shí)間推移和半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展，硅的未來(lái)岌岌可危。
工程學(xué)家一直希望找到一種優(yōu)于硅的材料，以制備出更小、運(yùn)行更快且有效性更高的芯片。這時(shí)，金剛石以其獨(dú)特的物理性質(zhì)進(jìn)入了研究者視野。
金剛石具有高度導(dǎo)電和導(dǎo)熱性，是制備高頻率、大功率電子元器件的理想候選材料。然而，金剛石同時(shí)也是個(gè)“硬漢”：它具有極高的硬度和脆性，在制備過(guò)程中經(jīng)常會(huì)損害到材料本身，或者難以使金剛石達(dá)到電子元器件的性能指標(biāo)。由于沒(méi)有發(fā)現(xiàn)它的運(yùn)用可行性，把它應(yīng)用于電子行業(yè)一度被工程學(xué)家比作“攀登珠穆朗瑪峰”。
在研究過(guò)程中，研究人員利用特殊辦法，制備出直徑只有人類(lèi)頭發(fā)百分之一的微型單晶金剛石。在室溫下，該材料可達(dá)到最大均勻拉伸應(yīng)變9.7%，且在解除拉伸之后能恢復(fù)原狀。在拉伸應(yīng)變?cè)黾舆^(guò)程中，金剛石帶隙會(huì)隨之減少，拉伸到達(dá)9%以上就會(huì)由“間接帶隙”變?yōu)?ldquo;直接帶隙”，實(shí)現(xiàn)電子躍遷并釋放光子。這一新特性與現(xiàn)有半導(dǎo)體元器件類(lèi)似，有應(yīng)用于光電元件、甚至量子元件的潛力。
研究人員認(rèn)為，他們的研究結(jié)果將推進(jìn)金剛石元件“走下珠穆朗瑪峰”。未來(lái)的量子計(jì)算機(jī)或可憑借金剛石制成的芯片，大幅提升計(jì)算機(jī)熱導(dǎo)率，讓計(jì)算機(jī)在接近絕對(duì)零度下也能保持順暢運(yùn)行。(朱文疆 李 超 李 京)
關(guān)鍵詞： 計(jì)算機(jī) 鉆石芯
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