Il diamante elastico può essere utilizzato per realizzare LED e laser

Un team internazionale di scienziati che opera in Cina ha allungato un diamante solitamente friabile di circa il 10%. La realizzazione dei modelli indica che questo allungamento altera significativamente le proprietà elettroniche del materiale, il che potrebbe portare a nuove applicazioni d’uso per il diamante, come i LED e i laser a colori variabili. In pratica, un diamante elastico potrebbe rivoluzionare il mondo della tecnologia.

L’affascinante prospettiva di un diamante elastico

Purtroppo il diamante ha diverse proprietà che lo rendono inadatto alle applicazioni elettroniche; ha un gap di banda indiretto molto elevato (5,47 eV), che gli conferisce pochissimi vettori di carica liberi. Inoltre, i semiconduttori a gap di banda indiretto non interagiscono in modo efficiente con la luce attraverso transizioni elettroniche, quindi il diamante non è utilizzabile come fonte di luce né come cella solare.

È possibile modificare le proprietà elettroniche dei semiconduttori aggiungendo atomi di impurità (doping), ma questo è molto difficile nel diamante a causa della rigidità del reticolo di carbonio. Un’alternativa al doping è l’ingegneria della deformazione, che comporta la modifica della spaziatura atomica all’interno di un reticolo. Il processore di ogni PC moderno, per esempio, contiene silicio deformato, con l’alterazione della mobilità di elettroni o fori grazie all’ingegneria della deformazione.

Yang Lu, ricercatore della City University of Hong Kong e capo del team, spiega che nel silicio, materiale su cui il team sta lavorando, se si applica anche una deformazione di appena l’1%, si assiste a un enorme cambiamento nella mobilità elettrica. Nel nuovo studio, che appare sulla rivista Science, il team ha valutato se l’ingegneria della deformazione può essere d’aiuto nel caso del diamante.

Gli interessanti e promettenti risultati dello studio

I calcoli teorici suggeriscono che il reticolo del diamante dovrebbe resistere a deformazioni di un massimo del 12% circa. In pratica, però, quando i diamanti veri vengono sollecitati, la deformazione si concentra in corrispondenza dei difetti del reticolo, causando la rottura dei diamanti invece dell’allungamento.

I calcoli effettuati usando la teoria funzionale della densità e i dati sperimentali indicano che, lungo un asse cristallino, il gap di banda scende da oltre 5 eV a circa 3 eV con una deformazione del 9% circa. Lungo un altro asse, lo spazio di banda passa da indiretto a diretto.

Il gruppo di Lu sta ora esaminando diverse possibili applicazioni per il diamante allungato, tra cui la realizzazione di laser di diversi colori. Lo studioso spiega che, intrinsecamente, il diamante ha un ampio gap di banda, quindi produrrebbe luce UV. Allungando il diamante, la luce passa dall’ultravioletto al violetto, e se lo si allunga ulteriormente si passa dal violetto al rosso.