科技日?qǐng)?bào)記者 張佳欣
美國(guó)研究人員在摻硼金剛石中發(fā)現(xiàn)了一種新特性——等離激元效應(yīng)。這可能使生物醫(yī)學(xué)和量子光學(xué)設(shè)備更加高效，并能以傳統(tǒng)技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的方式處理信息。相關(guān)論文13日發(fā)表于《自然·通訊》雜志。
金剛石正在成為大功率電子器件和下一代量子光學(xué)技術(shù)中的關(guān)鍵材料。通過(guò)摻入硼等雜質(zhì)，科學(xué)家能夠調(diào)整金剛石的特性，使其具備接近金屬的導(dǎo)電性能。
凱斯西儲(chǔ)大學(xué)與伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，摻硼金剛石還能表現(xiàn)出另一種特殊的等離激元特性：當(dāng)受到光照時(shí)，其內(nèi)部電子會(huì)集體振蕩，產(chǎn)生強(qiáng)烈的局部電場(chǎng)增強(qiáng)效果。這種能力對(duì)于開(kāi)發(fā)先進(jìn)的生物傳感器、納米光學(xué)組件、提升太陽(yáng)能電池和量子器件性能至關(guān)重要。值得注意的是，盡管其他半導(dǎo)體或金屬也具有類(lèi)似性質(zhì)，但它們通常不透明，而摻硼金剛石則保留了光學(xué)透明性，這賦予它額外的優(yōu)勢(shì)。
等離激元現(xiàn)象是指光與物質(zhì)相互作用時(shí)，在納米尺度上形成的電磁波模式。這種現(xiàn)象早在幾個(gè)世紀(jì)前就已出現(xiàn)在藝術(shù)作品中，比如中世紀(jì)教堂彩色玻璃窗上的絢麗色彩，就是由嵌入玻璃內(nèi)的金屬納米顆粒產(chǎn)生的等離激元效應(yīng)造成的。
因?yàn)榻饎偸怯商荚咏M成的透明晶體結(jié)構(gòu)，所以當(dāng)加入少量硼時(shí)，硼比碳少一個(gè)電子，可在材料內(nèi)形成周期性的電子“空穴”，從而增加材料的導(dǎo)電性。金剛石依然保持透明且?guī)в兴{(lán)色調(diào)。摻硼金剛石還具有化學(xué)惰性和生物相容性，因此可用于醫(yī)學(xué)成像、高靈敏度生物芯片和分子傳感器。
