出品：放牛班的秘密花园
来源：Vice
编译：Sail
责任编辑：Sunnisky
根据发表在《科学》杂志上的研究成果，一个由香港城市大学领导的团队在释放钻石的全部导电潜能方面迈出了关键一步。他们将钻石分解成纳米大小并对其进行了物理拉伸，最终的研究结果可能会给电子技术带来彻底改变。
计算机的性能强弱取决于其最薄弱的物理部件。随着我们以更快的速度通过更小的设备传送更多的数据，电路板部件也将达到它们的极限。
硅材料使信息处理模式发生了巨大的转变，但它传导电子的速度不够快，跟不上我们的信息需求。随着我们在未来计算上不断高歌猛进，硬件业必须继续保持增长，业界科研人员掘地三尺，寻找能推动下一阶段增长的物质。
地球上没有一种物质像钻石一样能承受并传导和传递能量流。这种超级材料有移动电子的惊人能力，这使它连续五年成为高科技领域的宠儿。
但计算机量子跃迁的苛刻要求也将钻石推向了半导体的极限。科学家们打算对钻石进行某种“改造”，使其性能更强劲，速度更快，效率更高，而产出则不断递增。
为解决这个问题，由香港城市大学（CityU）领导的一个联合研究团队采取了一种完全不同的方法：弹性应变工程。
他们将钻石分解成纳米大小，在该尺度下对其进行物理拉伸。这一工艺流程打开了能量通过的内部频带，使其传导功率呈指数级上升。
如果后续的应变工程研究能证实这些发现，其影响将远远超过个人计算机。几乎我们所珍视的每个行业，以今天的标准来衡量，都将发生翻天覆地的变化。
为掌握当前的情况，让我们快速游览一下钻石的多面世界。
不为人知的庞大产业
宝石级钻石。宝石级钻石的高知名度使钻石的庞大产业几乎不为人知。地球上开采的钻石只有20%被制成宝石级钻石。这些闪闪发光的岩石标本杂质极少，比重为3.52，这意味着其重量是等量水的3.52倍。
工业级钻石，它分为两类。第一类是其余80%开采出的钻石，它们的正式名称叫圆粒金刚石，笨重而浑浊，在钻石家族中往往无人问津。工业级钻石的另一种来源是人造钻石，它们在精心调校的实验室条件下形成。
宝石级钻石的年产量约为1.42亿克拉或6.3万磅。一克拉宝石级钻石售价约美元，但也可能高达2.9万美元。钻石珠宝市场的年市值约为亿美元。
圆粒金刚石和人造钻石等工业级钻石的年产量约为50亿克拉或万磅。一克拉圆粒金刚石的售价为5美分到30美分。工业钻石的市场规模约为17.9亿美元。考虑到单位成本，这个交易量已经很大了。
那么是谁在购买和使用这种圆粒金刚石呢？
工业级钻石的现有应用场景
工业钻石极为坚硬，人类几个世纪前就发现了这一特性，并将其用作研磨、钻孔、切割和抛光的研磨料。钻石还具有化学、电、光、热等特性，这使它们成为用于防腐涂层、特殊透镜、电路散热器的最佳材料。
钻石最大的工业应用是石材切割和公路建设维修，其次是汽车工业，在美国每生产一辆汽车就要消耗1.5克拉工业钻石，第三是研究和高科技应用。
现在到了需要它大显身手的时候。
电子材料的最高峰
钻石在科技上的应用相当广泛，从电子产品到高功率激光，再到癌症检测和治疗。它之所以能用在如此多的领域，是因为它有许多无与伦比的优势：
1)超高的导热性：钻石能在增压条件下保持冷却。2)极高的电荷载体迁移率：电子能平滑高效地穿过钻石。3)高击穿强度：你可以给钻石注入极高电压而不损坏其结构。4)超宽的带隙（bandgap）：如果电子能在一块塑料中流动的空间就像一个水龙头，那么钻石的晶格结构就堪称半导体中的胡佛水坝。
使工业钻石得到广泛应用的特点使人们对它的期望也越来越高。
巨大的带隙和致密的晶体结构令工业级钻石成为极佳的半导体材料，但它们有自己的极限。为了在竞争中占得一席之地，研究人员转向给钻石掺杂其它物质。增加钻石中电子活动的最常见做法被称为碳气相沉积（carbonvapordeposition）。
钻石和其被称为晶格结构的内部路径全部由碳构成。在碳气相沉积中，实验室向这种晶格结构中注入硼或氮。硼比碳少一个电子，氮比碳多一个电子。关键是两者都能控制带隙，这是电子通过晶格的通道。
钻石带隙好比机场的自动人行道
钻石带隙好比传送带式的自动人行道，电子好比旅客，有多种选项能改变人行道的工作方式，从而改变旅客的旅行方式。
我们可以让传送带减速或加速。我们可以加宽传送带，使每秒钟通过的旅客更多。我们还可以在传送带上涂黄油，使旅客从一端移动到另一端。这实质上是给钻石掺杂其它物质对钻石带隙造成的改变。有无数种方法可以调整系统从而使电子能通过。
应变工程
应变工程的第一步是在纳米尺度上对钻石进行微加工，这比一粒沙子还要小倍。
每颗钻石的理想形状被称为桥两个较厚的末端有坚实的抓力，研究者对中心进行拉伸。利用夹持装置施加拉伸压力，然后在连续周期中释放压力，拉伸区的长度增加了9%。当压力释放后，钻石又恢复到原来的尺寸。
它看起来是这样的：
这个过程一开始，研究人员就会测量不同压力下的带隙密度。他们发现，随着拉伸强度的增加，带隙会减小，在超过9%的张力点，甚至开始出现直接半导体化。这是一件大事，意味着电子不中断地通过了钻石的带隙。
这些发现表明，除了令人惊叹的微工程壮举之外，半导体效率的下一个飞跃将来自从物理上改变物质密度。更加精彩的是，这个过程可能是连续的和可逆的。
虽然还有几年时间，但正如一位行业先驱所言，“电子工业已迎来钻石时代的曙光”。
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