La clé de ce travail est une propriété connue sous le nom de bandgap, qui détermine essentiellement la facilité avec laquelle les électrons peuvent se déplacer à travers un matériau. Cette propriété est donc la clé de la conductivité électrique du matériau. Le diamant a normalement une bande interdite très large de 5,6 électrons-volts, ce qui signifie qu'il s'agit d'un isolant électrique puissant que les électrons ne traversent pas facilement. Dans leurs dernières simulations, les chercheurs montrent que la bande interdite du diamant peut être progressivement, en continu, et réversiblement changé, offrant une large gamme de propriétés électriques, de l'isolant en passant par le semi-conducteur jusqu'au métal.

"Nous avons découvert qu'il est possible de réduire la bande interdite de 5,6 électrons-volts jusqu'à zéro, " dit Li. " Le point de ceci est que si vous pouvez changer en continu de 5,6 à 0 électron-volt, alors vous couvrez toute la gamme des bandes interdites. Grâce à l'ingénierie des contraintes, vous pouvez faire en sorte que le diamant ait la bande interdite du silicium, qui est le plus largement utilisé comme semi-conducteur, ou nitrure de gallium, qui est utilisé pour les LED. Vous pouvez même le transformer en détecteur infrarouge ou détecter toute une gamme de lumière allant de l'infrarouge à l'ultraviolet du spectre."

« La capacité de concevoir et de concevoir la conductivité électrique du diamant sans modifier sa composition chimique et sa stabilité offre une flexibilité sans précédent pour concevoir ses fonctions sur mesure, " dit Suresh. " Les méthodes démontrées dans ce travail pourraient être appliquées à un large éventail d'autres matériaux semi-conducteurs d'intérêt technologique en mécanique, microélectronique, biomédical, applications énergétiques et photoniques, grâce à l'ingénierie des contraintes."

Donc, par exemple, un seul petit morceau de diamant, plié de manière à ce qu'il soit traversé par un gradient de contrainte, pourrait devenir une cellule solaire capable de capturer toutes les fréquences de lumière sur un seul appareil, ce qui ne peut actuellement être réalisé que par des appareils en tandem qui couplent différents types de matériaux de cellules solaires en couches pour combiner leurs différentes bandes d'absorption. Ceux-ci pourraient un jour être utilisés comme photodétecteurs à large spectre pour des applications industrielles ou scientifiques.

Une contrainte, qui nécessitait non seulement la bonne quantité de contrainte mais aussi la bonne orientation du réseau cristallin du diamant, était d'empêcher la déformation de faire franchir à la configuration atomique un point de basculement et de se transformer en graphite, le matériau souple utilisé dans les crayons.

Le processus peut également transformer le diamant en deux types de semi-conducteurs, semi-conducteurs à bande interdite "directe" ou "indirecte", selon l'application envisagée. Pour les cellules solaires, par exemple, les bandes interdites directes fournissent une collecte d'énergie beaucoup plus efficace à partir de la lumière, leur permettant d'être beaucoup plus minces que des matériaux tels que le silicium, dont la bande interdite indirecte nécessite un chemin beaucoup plus long pour collecter l'énergie d'un photon.

Le processus pourrait être pertinent pour une grande variété d'applications potentielles, Li suggère, comme pour les détecteurs quantiques hautement sensibles qui utilisent des défauts et des atomes dopants dans un diamant. "En utilisant la tension, nous pouvons contrôler les niveaux d'émission et d'absorption de ces défauts ponctuels, " il dit, permettant de nouvelles façons de contrôler leurs états quantiques électroniques et nucléaires.

Mais étant donné la grande variété des conditions rendues possibles par les différentes dimensions des variations de déformation, Li dit, « si nous avons une application particulière en tête, alors nous pourrions optimiser vers cette cible d'application. Et ce qui est bien avec l'approche de déformation élastique, c'est qu'elle est dynamique, " afin qu'il puisse être modifié en continu en temps réel selon les besoins.

Ce travail de preuve de concept à un stade précoce n'est pas encore au point où ils peuvent commencer à concevoir des dispositifs pratiques, disent les chercheurs, mais avec les recherches en cours, ils s'attendent à ce que des applications pratiques soient possibles, en partie à cause des travaux prometteurs réalisés dans le monde sur la croissance de matériaux diamantés homogènes.