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       钻石长期以来被认为是所有天然材料中最坚硬的，同时也是极佳的热导体和电绝缘体。如今，研究人员发现了一种可控地调整钻石细针的方法，可以改变其电子特性，使其从绝缘状态变为半导体状态，再变为高导电性或金属状态。这种改变可以动态诱导，并可根据需要进行逆转，而不会对钻石材料造成任何性能上的损害。

       实验发现纳米级金刚石具有超大弹性变形，并对其电子和声子结构进行了机器学习，这为解决新的科学问题创造了机会。具有5.6 eV超宽带隙的金刚石，能否在不产生声子不稳定性的情况下，仅在机械应变作用下完全金属化，从而使其电子带隙完全消失？通过第一性原理计算、经实验验证的有限元模拟以及神经网络学习，证明了在低于声子不稳定性阈值应变水平的金刚石中，可以可逆地实现金属化/脱金属化以及间接到直接的带隙跃迁。确定了不同样品几何形状在六维应变空间内的金属化路径。这些发现为通过应变工程来调整金刚石的电子、光子和量子应用性能提供了机会。

       图文解析

       金刚石金属化。( A ) 电子能带结构k空间图显示，带隙完全闭合，导致金刚石金属化，在 [100][010][001] 坐标系中，当 6D 应变状态为 (0.0536, −0.0206, −0.056, 0.0785, 0.0493, 0.0567) 时发生变形。金刚石金属化存在整个应变区域，以及法向应变分量的二维横截面图。如图B所示。B中的轴是和，其他四个应变分量分别固定在-0.056、0.0785、0.0493和0.0567。彩色轮廓表示不同变形状态下弹性应变能量密度（h）恒定的区域。黑色星号表示应变能量密度值h = 98.7 meV/Å3 ，对应于A中所示的能带结构图。

       将应变超空间分层为金刚石中的金属化和带隙转变区域。（A）不同法向应变分量值的弹性应变金刚石中的金属化，， 和，其他三个应变分量保持固定。平面（浅绿色）切割 3D 体积并投影到–二维平面。（B）详细表征–应变空间包括直接带隙（蓝色）应变区域内的直接金属（棕色）应变区域和非零间接带隙应变（带有洋红色符号的白色区域）内的间接金属（棕色）应变区域。中的黑星表示与图 1中讨论的相同的应变情况（0.0536、-0.0206、-0.056、0.0785、0.0493、0.0567）。A 中金属化应变的另一种可视化效果在SI 附录图 S2中显示。（C）在“安全”金属化区域内应变的金刚石的 GW 能带结构，导致间接金属。具有直接带隙（B中的点 d）的应变金刚石（ D ）和具有间接带隙（B中的点e）的应变金刚石。金刚石相变的应变区域（通常与声子不稳定性相关）在B中以灰色阴影表示。（F ）对应于B中点 f 的声子态密度 (DOS) 图显示了发生结构不稳定性时的虚声子频率（用洋红色箭头表示）。（插图）接近零频率的放大视图。

       金刚石纳米针中的金属化。（A）扫描电子显微镜内金刚石纳米压痕尖端弯曲单晶金刚石纳米针的示意图。（B）对于<110>晶体方向与针轴对齐的金刚石纳米针，FEM 对局部压缩和拉伸应变分布（分别为左针和中间针）的预测以及机器学习算法对带隙分布（右针）的预测。（插图）弯曲实验期间变形纳米针的扫描电子显微照片，来自参考文献1。经 AAAS 许可转载。（C）<110>纳米针弯曲程度的增加导致金刚石的带隙从 5.6 eV（零应变）显著降低到 0 eV，最大局部压缩应变为 -10.8％（相应的张力侧最大局部拉伸应变为 9.6％）。 （D）根据我们的从头算计算，即使不存在任何预先存在的缺陷，超过12.1%的局部拉伸应变也会导致纳米针拉伸侧发生断裂或石墨化。另见影片S1，了解纳米针中最大压缩位置处弹性应变能、带隙以及相应能带结构的演变，其中展示了中间化过程。