Science：黑暗條件下可增強無極半導體晶體塑性

無機半導體晶體通常傾向於以脆性方式失效，硫化鋅（ZnS）也是如此。ZnS晶體（A）在普通光照環境（B）下力學試驗後發生了嚴重斷裂。然而，我們發現ZnS晶體在完全黑暗的條件下即使是室溫（C）下也能沿[001]方向變形，發生εT＝45%的形變應變。變形後ZnS晶體的光學帶隙減小了0.6eV。

無機半導體（如硅）在現代電子學中是不可或缺的，因為它們介於金屬和絕緣體之間，具有可調的導電性。半導體的導電性是由它的帶隙控制的，該帶隙是其價帶和導帶之間的能量差；窄帶隙會造成電導率的增加，因為電子更容易從價帶移動到導帶。然而，無機半導體具有脆性，這種脆性極有可能導致器件失效，限制了它們的應用範圍，特別是在柔性電子器件中應用。

最近名古屋大學的一個研究小組發現，與在光照下相比，無機半導體在黑暗中出現了不同的性質。他們發現硫化鋅晶體（ZnS）是一種典型的無機半導體，當暴露於光照下時是脆性的，但在室溫下保持黑暗時是柔性的。這項發現發表在《科學》雜誌上。

「以前沒有研究過完全黑暗狀態對無機半導體力學性能的影響。」研究的合著者Atsutomo Na kamura說：「我們發現ZnS晶體在完全黑暗條件下顯示出比光照下更強的可塑性。」

黑暗中的ZnS晶體發生塑性變形，直到達到45％的大變形才產生斷裂。該小組認為，黑暗中硫化鋅晶體的可塑性增加可歸因於完全黑暗中的高位錯移動。位錯是一種晶體缺陷並能影響晶體性質。在光照條件下，ZnS晶體由於其變形機制不同於暗相而顯示脆性。

材料的塑形變形是由於外力(AandB)作用下位錯的形核和長大產生的。一般認為脆性無機半導體材料由於其強的化學鍵而難以形成位錯。然而，我們發現在黑暗時的變形過程中，大量的位錯在ZnS晶體中產生和倍增，從而導致了其非凡的塑性。圖片來源：Atsutomo Na kamura

ZnS晶體在黑暗中的高塑性伴隨著變形晶體帶隙的顯著減小。因此，ZnS晶體的帶隙和它們的導電性可以通過在黑暗中的機械變形來控制。研究表明，變形晶體的帶隙減小是由於變形將位錯引入晶體中，改變了晶體的能帶結構。

「這項研究揭示了無機半導體的機械性能對光的敏感性。」合著者Katsuyuki Matsunaga說：「我們的發現繼續研究下去，可能研發出通過控制光暴露來設計晶體的技術。」

研究人員的研究結果表明，無機半導體的強度、脆性和導電性可以通過光暴露來調節，這為優化電子器件中無機半導體的性能開闢了一條有趣的途徑。

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