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香港大學（港大）工程學院團隊近日取得一項重要科研突破，研究人員成功透過機械拉伸技術，令氮化鎵（GaN）材料的發光顏色實現從「紫外光（UV）到藍光」的動態調控。這項技術突破為未來先進功率電晶體、光電元件、射頻元件以及微型發光二極管（LED）顯示器提供了全新的半導體材料調控方案。

研究由機械工程系陸洋教授領導，團隊利用微納加工技術，將單晶氮化鎵材料製成微小的橋狀結構（圖1），並透過精密機械拉伸，使材料產生高達6.8%的彈性形變，其抗拉強度達到約11 GPa。這展現尺寸效應帶來的非凡彈性變形能力，為深度應變工程開拓新的發展空間。

這種物理拉伸不僅沒有損壞材料，反而成功將氮化鎵的發光顏色從原本不可見的紫外光，逐步轉變為肉眼可見的藍色光。在原位力學拉伸結合陰極射線發光（cathodoluminescence）系統實驗中，研究人員實時監測應變過程中的光學特性變化，當拉伸程度達到3.9%時，發光顏色已實現明顯轉變。氮化鎵的帶隙從3.41 eV連續紅移至3.08 eV（圖2）。發光波長相應從紫外光區進入可見光區。最大應變條件下，帶隙可進一步降至2.96 eV（波長從約365 nm偏移至420 nm）。

氮化鎵作為獲得2014年諾貝爾物理學獎的藍光LED的核心材料，過去科學家需要透過添加不同化學元素來調節發光顏色，而這次港大的研究展示了一種純物理的調控方法，技術的獨特之處在於其「可逆性」——當撤去拉伸力時，材料會恢復原狀，發光顏色也隨之回到原本的紫外光。氮化鎵的發光特性隨應變狀態的變化而完全可逆，這種動態調控方式，有別於傳統需要改變材料化學成分的方法，為半導體光電技術帶來了全新思路。

研究團隊還設計了一種微型機械結構（圖3），能夠將拉伸狀態「鎖定」，透過鎖定約3%的拉伸應變，該元件成功實現了發光波長從363nm到371nm的穩定紅移，在不需要持續外力的情況下保持此應變發光狀態，這項設計讓技術更具實際應用價值。未來，這項技術有望應用於微型顯示器、智能照明、甚至生物感測等領域，為人們的生活帶來更多創新可能。

這項研究成果已發表於國際頂級物理學期刊《物理評論X》，文章標題為「Deep Elastic Strain Engineering of Free-Standing GaN Microbridge」。

關於陸洋教授
陸洋教授現為港大工程學院機械工程系納米力學講座教授及建滔基金教授（物料工程），同時擔任港大工程學院副院長（內地事務）。他長期從事微納米力學研究，致力於發展先進原位力學實驗技術，揭示半導體及超構材料的微觀變形機制，並闡明多場耦合下力學與光電物理特性演化規律；同時結合多尺度力學設計方法，開發具高強度與高韌性等優異特性的力學超構材料與新型半導體器件，已於 Science、Nature Materials、Nature Nanotechnology 等學術期刊發表逾 300 篇論文，並持有多項美國專利。

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