Международная команда ученых под руководством профессора Чжицинь Чу с кафедры электротехники и вычислительной техники и профессора Юань Линя с кафедры машиностроения Гонконгского университета совершила прорыв в материаловедении.
Им удалось зафиксировать измеримый пьезоэлектрический отклик у сверхтонких и гибких алмазных мембран. Этот результат вступает в прямое противоречие с научным консенсусом, существовавшим с начала XX века, который однозначно относил алмаз к непьезоэлектрическим материалам.
Ранее, несмотря на выдающуюся твердость, теплопроводность и химическую стойкость, в микроэлектромеханических системах алмаз выполнял исключительно пассивную роль конструкционной основы для других веществ.
Секрет успеха исследователей крылся в особой форме материала. Применив метод краевого расслоения, они получили сверхтонкую гибкую мембрану из поликристаллического алмаза. В отличие от массивных кристаллов, такая пленка оказалась способна изгибаться без разрушения. Именно в процессе намеренного сгибания мембраны специалисты и зафиксировали устойчивые электрические сигналы.
Чтобы убедиться в достоверности результата, команда провела серию строгих механических испытаний в контролируемых условиях, исключающих влияние внешних помех и трибоэлектрического эффекта, который возникает при трении поверхностей. Напряжение стабильно появлялось при каждом повторном цикле деформации, что подтвердило: пьезоэлектрический отклик рождается непосредственно в самой алмазной структуре.
Ученые предложили теоретическое объяснение неожиданному феномену. Согласно их расчетам, причина эффекта кроется в асимметрии, возникающей на границах зерен внутри поликристаллического материала. При изгибе мембраны вокруг этих микроскопических участков происходит накопление поляризации электрического заряда, что создает разность потенциалов между верхней и нижней поверхностями.
Это открытие открывает широкие перспективы для практического применения. В будущем гибкие алмазные мембраны могут найти применение в имплантируемых медицинских устройствах, высокочувствительных датчиках деформации, а также в автономных микроэнергетических системах, работающих без внешних источников питания.
Ранее ученые ЮУрГУ нашли в алоэ вещество, способное повреждать ДНК. Физики МФТИ нашли материал для сверхбыстрого квантового интернета.