港大研发力学调控技术实现“紫外变蓝光”

香港大学28日公布，工程学院团队近日取得一项重要科研突破，研究人员成功透过机械拉伸技术，令氮化镓（GaN）材料的发光颜色实现从“紫外光（UV）到蓝光”的动态调控。这项技术突破为未来先进功率电晶体、光电元件、射频元件以及微型发光二极管（LED）显示器提供了全新的半导体材料调控方案。

研究由机械工程系陆洋教授领导，团队利用微纳加工技术，将单晶氮化镓材料制成微小的桥状结构，并透过精密机械拉伸，使材料产生高达6.8％的弹性形变，其抗拉强度达到约11GPa。这展现尺寸效应带来的非凡弹性变形能力，为深度应变工程开拓新的发展空间。

这种物理拉伸不仅没有损坏材料，反而成功将氮化镓的发光颜色从原本不可见的紫外光，逐步转变为肉眼可见的蓝色光。在原位力学拉伸结合阴极射线发光（cathodoluminescence）系统实验中，研究人员实时监测应变过程中的光学特性变化，当拉伸程度达到3.9％时，发光颜色已实现明显转变。氮化镓的带隙从3.41eV连续红移至3.08eV。发光波长相应从紫外光区进入可见光区。最大应变条件下，带隙可进一步降至2.96eV（波长从约365nm偏移至420nm）。

氮化镓作为获得2014年诺贝尔物理学奖的蓝光LED的核心材料，过去科学家需要透过添加不同化学元素来调节发光颜色，而这次港大的研究展示了一种纯物理的调控方法，技术的独特之处在于其“可逆性”——当撤去拉伸力时，材料会恢复原状，发光颜色也随之回到原本的紫外光。氮化镓的发光特性随应变状态的变化而完全可逆，这种动态调控方式，有别于传统需要改变材料化学成分的方法，为半导体光电技术带来了全新思路。

研究团队还设计了一种微型机械结构，能够将拉伸状态“锁定”，透过锁定约3％的拉伸应变，该元件成功实现了发光波长从363nm到371nm的稳定红移，在不需要持续外力的情况下保持此应变发光状态，这项设计让技术更具实际应用价值。未来，这项技术有望应用于微型显示器、智能照明、甚至生物感测等领域，为人们的生活带来更多创新可能。（完）