中国科学出版社 作为扭转率γ的函数的相对地层能量的图示；不同原子位置锑和硼掺杂硅纳米线的研究
轴向视图显示了无应变和扭曲的硅纳米线
信用:& copy科学中国出版社 单晶材料可以用于低维p-n结设计吗？这是一个公开和长期存在的问题
基于广义布洛赫定理的微观模拟表明，在单晶硅纳米线中，轴向扭曲可以导致p型和n型掺杂剂沿纳米线径向分离，从而实现p-n结
键轨道分析表明这是由于纳米线中的扭曲诱导的不均匀剪切应变
如果半导体晶体在一个区域掺杂有n型掺杂剂，而在另一个区域掺杂有p型掺杂剂，则形成p-n结结构
pn结是发光二极管、太阳能电池和其他半导体晶体管的基本组成单元
纳米结构中的pn结也有望成为下一代纳米器件的基本单元
然而，由于它们之间的强吸引力，n型掺杂剂和p型掺杂剂倾向于形成中性对
结果，pn结失效
为了防止n型掺杂剂和p型掺杂剂之间的这种吸引，引入了异质结构，其中一种半导体材料掺杂有n型掺杂剂，而另一种掺杂有p型掺杂剂，并且两种不同半导体材料之间的界面充当n型掺杂剂和p型掺杂剂之间的能量屏障
的确，异质结构的使用代表了pn结材料设计的范例
最近，对于纳米线异质结构，例如同轴核壳纳米线，类似的pn结结构也是可能的
然而，纳米线异质结构有几个限制
例如，核壳纳米线的合成通常涉及两步过程，这需要额外的费用
获得的纳米线异质结构的外壳通常是多晶的
这种不完美与承运人的运输方式格格不入
此外，核和壳之间的界面也引入了有害的深中心，这极大地阻碍了器件效率
我们能用单晶纳米线制作p-n结吗？坦率地说，如果一个人凭直觉思考问题，答案将是“不”
事实上，与块体类似，共掺杂单晶纳米线中的p型掺杂剂和n型掺杂剂也感受到了强库仑引力
没有界面，如何克服这样的吸引？它要求对空间占用场地进行有效的调节/控制，即
e
掺杂剂的空间分布
事实上，这是关于半导体掺杂的一个长期和基本的问题
从材料工程的角度来看，这可归因于传统方法的失败，例如静压、双轴和单轴应力对掺杂剂空间分布的调节
然而，既然所有这些提到的扭曲都是均匀的，我们能否采用一些不均匀的扭曲，如扭曲？事实上，结构的扭曲是最近低维凝聚态物理研究的一个焦点
在发表在《国家科学评论》上的一篇新论文中，来自北京师范大学、香港中文大学和北京计算科学研究中心的科学家们展示了他们在扭转作用下共掺杂硅纳米线的理论进展
他们利用基于广义布洛赫定理的微观模拟和基于键轨道理论的分析模型来进行研究并传递背后的物理信息
有趣的是，扭曲对纳米线中掺杂剂的分布有很大影响
从图中可以看出，在扭曲的硅纳米线中，较大原子尺寸的掺杂剂(如锑)如果占据更靠近纳米线表面的原子位置，则形成能量较低；相反，较小原子尺寸的掺杂剂(例如硼)如果占据纳米线核心周围的原子，则具有较低的形成能量
根据他们的计算，通过正确选择共掺杂对，有可能分离共掺杂纳米线中的n型和p型掺杂剂
g
，B和Sb
键轨道分析表明，驱动有效调制的是沿纳米线径向的扭曲诱导的非均匀剪切应变
这些发现得到了基于密度泛函紧束缚的广义布洛赫定理模拟的充分支持
这一新策略大大简化了制造过程，降低了制造成本
如果在器件处于工作模式时施加扭转，不同类型掺杂剂的复合被大大抑制
即使当器件处于工作模式时扭转被消除，由于有限的扩散，复合仍然是困难的
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