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“钻石恒久远 ， 一颗永流传 。 ”钻石 ， 也叫金刚石 。 长久以来 ， 钻石以其具备稀少、美丽、耐久的品质被人们视为珍宝 。
【电子元件|未来计算机或迎来钻石芯】近期的一项研究成果表明 ， 钻石不仅仅是稀世珍宝 ， 更具有科技应用潜力——它有望成为下一代电子元件的制备材料 ， 用于未来量子计算机的芯片制作 。
很长一段时间里 ， 硅一直是第三代半导体最重要的原材料 。 电脑、手机等电子设备内部 ， 都依赖于半导体芯片和硅基集成电路 。 根据摩尔定律 ， 一英寸计算机芯片上的晶体管数量每年翻一番 ， 成本减半 。 这意味着积压在硅芯片上的微型晶体管 ， 每年的体积都缩小一半 。 随着时间推移和半导体行业发展 ， 硅的未来岌岌可危 。
工程学家一直希望找到一种优于硅的材料 ， 以制备出更小、运行更快且有效性更高的芯片 。 这时 ， 金刚石以其独特的物理性质进入了研究者视野 。
金刚石具有高度导电和导热性 ， 是制备高频率、大功率电子元器件的理想候选材料 。 然而 ， 金刚石同时也是个“硬汉”：它具有极高的硬度和脆性 ， 在制备过程中经常会损害到材料本身 ， 或者难以使金刚石达到电子元器件的性能指标 。 由于没有发现它的运用可行性 ， 把它应用于电子行业一度被工程学家比作“攀登珠穆朗玛峰” 。
在研究过程中 ， 研究人员利用特殊办法 ， 制备出直径只有人类头发百分之一的微型单晶金刚石 。 在室温下 ， 该材料可达到最大均匀拉伸应变9.7% ， 且在解除拉伸之后能恢复原状 。 在拉伸应变增加过程中 ， 金刚石带隙会随之减少 ， 拉伸到达9%以上就会由“间接带隙”变为“直接带隙” ， 实现电子跃迁并释放光子 。 这一新特性与现有半导体元器件类似 ， 有应用于光电元件、甚至量子元件的潜力 。
研究人员认为 ， 他们的研究结果将推进金刚石元件“走下珠穆朗玛峰” 。 未来的量子计算机或可凭借金刚石制成的芯片 ， 大幅提升计算机热导率 ， 让计算机在接近绝对零度下也能保持顺畅运行 。
上图：应变金刚石电路概念图 。
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