Можно ли заставить нитрид галлия светиться синим через растяжение? Прорыв учёных

Синий светодиод принёс Нобелевскую премию по физике в 2014 году. И всё это время единственным способом изменить цвет его свечения было добавление в материал посторонних атомов. Теперь инженеры из Гонконга доказали: достаточно просто потянуть кристалл. Без химии, без примесей — только механика.

Как растянуть полупроводник, не сломав его

Команда профессора Ян Лу с факультета инженерии Университета Гонконга взяла монокристаллический нитрид галлия (GaN) — тот самый материал, из которого делают современные синие светодиоды. С помощью микро-нанотехнологий учёные вырезали из него крошечную структуру, похожую на мостик. Затем этот мостик начали аккуратно растягивать.

Результат впечатляет: материал выдержал упругую деформацию в 6,8% при прочности около 11 ГПа (гигапаскалей). Для сравнения: конструкционная сталь лопается при деформации около 0,2%. То есть нитрид галлия в микромостике оказался в десятки раз эластичнее, чем мы привыкли думать о хрупких полупроводниках. Этот эффект — заслуга размера: в микро- и нанообъёмах дефекты не успевают развиться, и материал ведёт себя как сверхпрочная пружина.

Ультрафиолет превращается в синий на глазах

Эксперимент совместили с катодолюминесцентной микроскопией — это когда электронный луч возбуждает свечение, и его спектр можно измерять прямо в процессе растяжения. Без нагрузки GaN излучал в ультрафиолете (длина волны около 365 нм). Как только деформация достигла 3,9%, цвет начал смещаться в видимую синюю область. При максимальном растяжении ширина запрещённой зоны уменьшилась с 3,41 эВ до 2,96 эВ, а длина волны сдвинулась до 420 нм — чистый синий свет.

«Ширина запрещённой зоны GaN непрерывно смещалась в красную область по мере увеличения механического напряжения. Никаких химических изменений — только физика», — поясняют авторы.

Самое неожиданное: процесс оказался полностью обратимым. Как только растягивающее усилие снимали, материал возвращал исходный ультрафиолет. Никакого накопления дефектов, никакой деградации. По сути, исследователи получили диод с динамически управляемым цветом — потянул сильнее, и он стал излучать синий; ослабил — вернулся к УФ.

Почему это переворачивает старые представления

До сих пор для сдвига эмиссии GaN использовали легирование — добавление индия, алюминия или других элементов. Это навсегда меняло состав материала. Метод из Гонконга — чисто механический. Он не требует химических примесей, не создаёт необратимых изменений и даёт «мгновенную» настройку цвета. Результаты опубликованы в престижном журнале Physical Review X (2026).

Технология открывает дорогу не только для светодиодов. Поскольку GaN — основа мощных транзисторов, радиочастотных компонентов и микро-дисплеев, механическое управление его электронными свойствами может изменить всю полупроводниковую инженерию. Представьте: матрица микродисплея, где каждый пиксель меняет цвет не за счёт сложного состава, а благодаря микроскопическому растяжению.

От лабораторного прототипа к работающему устройству

Чтобы доказать практичность идеи, команда спроектировала и изготовила механически фиксированный чип с push-to-pull структурой. В таком устройстве растягивающее усилие подаётся нажатием, а затем запирается без постоянной внешней силы. При деформации около 3% длина волны стабильно смещалась с 363 до 371 нм — то есть ультрафиолет становился чуть более фиолетовым, ближе к синему краю.

• Миниатюрные дисплеи для умных очков и носимой электроники;
• Интеллектуальное освещение, которое адаптирует цвет под биоритмы человека;
• Биосенсоры, в которых изменение деформации служит сигналом о наличии молекул-мишеней.

Пока все эти приложения — на уровне концепции. Но сам факт, что можно получить синий свет из чистого нитрида галлия, просто натянув его, — уже ломает стереотип о том, что цвет свечения задаётся только химическим составом. Вопрос теперь в том, насколько легко масштабировать технологию до массового производства. Сможет ли механический светодиод конкурировать с традиционным? Или мы стоим на пороге нового направления в оптоэлектронике — растяжимой полупроводниковой оптики?