香港大学教授陆洋讲述金刚石深度应变工程及其半导体和光电应用
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除了作为超硬材料,金刚石事实上也是一种优异的超宽禁带半导体材料,近年来在高性能功率电子和光电器件领域显示出巨大潜力。基于材料尺寸效应和独特的纳米力学策略,我们展示了纳米尺度的单晶金刚石针具有意想不到的高弯曲弹性,局部弹性拉伸应变可达到约9%,接近金刚石的理论弹性极限[1]。这一发现不仅挑战了金刚石的理论拉伸强度,也为通过纳米力学实现半导体深度应变工程开辟了一条新的道路。为了促进其应变器件应用,我们进一步通过微加工得到单晶金刚石的微纳阵列结构,通过原位单轴拉伸力学加载,首次实现了整体均匀、接近10%的全域弹性应变 [2]。通过理论计算和初步实验指出,这种超大弹性拉伸应变可显著降低了金刚石的带隙,甚至可以有望将金刚石从间接带隙转变为直接带隙半导体。这一系列的前沿交叉研究为纳米力学应用于金刚石等新型半导体功能器件的调控和研发提供了新的见解和解决方案,展示了“深度应变工程”在微电子、光电和量子信息技术中的巨大应用潜力。
陆洋,香港大学机械工程系HKU-100 Scholar教授,纳米力学实验室主任。他在南京大学获得物理学学士学位,获美国莱斯大学(Rice University)博士学位,并在麻省理工学院的纳米力学实验室从事博士后研究。此前,他于2012至2022年期间在香港城市大学担任助理教授、副教授和正教授。陆洋课题组长期致力于实验微纳米力学的研究,及其在半导体集成电路与先进制造中的产业应用,以第一或通讯作者在 Science、Nature Nanotechnology、Nature Materials、Nature Communications、Science Advances等学术刊物发表文章200余篇,并担任国际期刊 Materials Today 的副主编以及《国家科学评论》、《中国科学:技术科学》、《Acta Mechanica Sinica》、《极端制造》、《Functional Diamond》、《Materials for Quantum Technology》等学术期刊的编委。陆教授曾获得香港大学教育资助委员会(UGC)杰出青年学者奖 2013/14,并入选并完成首届(2019 年)国家自然科学基金(NSFC)优秀青年科学基金(港澳)项目,以及入选首届香港研究资助局(RGC)研资局研究学者计划 2020/21,并于2022年当选为香港青年科学院(YASHK)成员。
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