鑽石是高功率及高溫應用下的最佳半導體材料，而鑽石中的缺陷也具有應用在螢光標記、自旋電子學、高解析電/磁感測、量子運算的超高光學性質，因而倍受矚目。德國科學家最近發展出一種電晶體式的結構來控制鑽石缺陷的特性，將這種材料進一步推向實際應用。 科學家已經證明了鑽石的「NV中心」(NV center，即氮空缺)具有優秀的光學性質。中性或帶負電的NV中心會發出螢光，科學家也觀察到一種不發螢光的暗態(dark state)，並認為應該對應到正電態。就多數應用而言，帶負電荷的NV中心有最佳的光學特性，但負電荷態會自行轉成中性態，並失去重要的光學特性，原因至今未明，因此科學家仍在努力控制它們的光學響應。 最近，慕尼黑工業大學(Technische Universitat Munchen)的Jose Antonio Garrido與司圖加(Stuttgart)大學及萊比錫(Leipzig)大學的研究伙伴發展出一套能輕易擴大規模的新技術，可以調節與控制NV中心的電荷狀態。 Garrido等人利用氫氣與氧氣曝曬，分別讓鑽石變得導電與絕緣後，再將鑽石製造成平面閘極式場效電晶體。源極與汲極經由一條鑽石導電帶連接，而閘極位於該系統寬僅100 nm的最窄處。研究人員接著對系統施加電場，透過扭曲電子能帶來改變系統電性。只要給予足夠的電壓，就能將NV中心的電荷態從暗態轉成中性態或負電荷態。 該團隊先前已展示過以電解液閘極結構操控鑽石NV中心的電荷態，並將電解液閘極場效電晶體應用在生物感測器中。他們在了解電荷或生物分子如何改變電晶體的特性之後，決定要研究NV中心。然而，以水為主的電解液閘極系統在電子應用上很有限，此外。較高的電壓會導致鑽石表面發生化學反應，因此這種系統只能在中性或負電荷態之間切換。幸好固態系統能克服這些缺點。 該團隊正計畫利用固態系統的控制能力來研究目前瞭解較少的原子暗態。他們也試圖從控制單一NV中心、一群中心，發展到各別控制鄰近中心，這點對於應用在量子計算上將會非常實用。詳見近期出刊的Nano Letters | dx.doi.org/10.1021/nl4047619。 |