香港大學領導的團隊成功透過機械拉伸技術，在氮化鎵（GaN）材料上實現發光顏色從紫外到藍光的可逆動態調控，而無需化學成份操作。這項技術可為未來先進晶體管、光電元件、射頻元件、微型 LED 顯示器等的研發提供全新的調控方案。研究成果已發表於《物理評論 X》。

論文：

• https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/x76f-2vj8

研究背景

氮化鎵是獲得 2014 年諾貝爾物理學獎的藍光 LED 核心材料。不過一直以來，若要調節其發光顏色（波長）則需添加不同化學元素，而這一操作往往是難以逆轉的。

研究成果

港大工程學院機械工程學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，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。

此過程中，團隊成功將氮化鎵材料的發光波長從紫外逐步轉變為肉眼可見的藍光。團隊通過原位力學拉伸結合陰極射線發光（cathodoluminescence）系統實驗，監測到應變過程中的光學特性變化：當拉伸程度達到 3.9% 時，發光波長已明顯轉變。氮化鎵的帶隙從 3.41eV 連續紅移至 3.08eV，波長從紫外區進入可見光區，最大應變條件下，帶隙可進一步降至 2.96eV，波長從約 365nm 偏移至 420nm。當撤去拉伸力時，材料會恢復原狀，發光波長亦回到紫外區。

測試系統示意圖

團隊還設計了一種微型機械結構，將拉伸狀態鎖定在約 3% 的拉伸應變程度，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發光狀態。團隊表示，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。

可將拉伸應變程度加以鎖定的微結構

研究團隊

論文共同第一作者是香港大學／香港城市大學／鄭州大學的 Sufeng Fan、香港大學的 Heyi Wang、美國西北大學的 Chang-Ti Chou。共同通訊作者是台灣大學的 Jyh-Pin Chou、麻省理工的 Ju Li、以及港大陸洋教授。

如欲知道更多教科相關消息，請留意京港 Facebook 專頁：https://www.facebook.com/BHKAEC