手机充电器上闪烁的小灯、遥控器前端的红外“眼睛”……这些都是二极管在日常生活中的常见应用。作为电子电路的基础元件，二极管就像一个单行道的“关卡”，只允许电流单方向通过（整流）。这个看似简单的功能，却在无数电子设备中发挥着关键作用。
　　其实，二极管的潜力远不止于此。中国科学技术大学孙海定教授iGaN Lab课题组、武汉大学刘胜院士及其团队，最新研制出一种多功能的光电二极管，将二极管的应用前景提升到了一个全新的高度。
　　这种新型多功能二极管，不仅能像普通二极管那样整流，还能像发光二极管（LED）一样发光，同时还具备光电探测和逻辑运算的能力，真可谓“一石三鸟”。在一个二极管内实现多种功能，这在以往是难以想象的。
　　这种“超级二极管”的核心，是一个氮化镓基的PN 结。众所周知，PN结是二极管的“心脏”，由p型和n型两种半导体构成。当PN结两端加上正向电压时，电子和空穴就会在交界处相遇，发生“复合”，从而产生电流，令电路导通。如果这个复合过程释放出光子，PN结就变成了发光二极管，能将电能转化为光能。而氮化镓，正是一种天生适合做LED的材料。
　　凭借独特的物理化学性质，氮化镓在照明、显示、通信、电力电子等领域大放异彩，被誉为第三代半导体的“明星”。而这次，科研人员基于氮化镓LED，做了一个看似小小的改动：在PN结的p型区域上方，添加了一个可独立控制的第三电极。就是这个精巧的设计，让二极管有了更多想象空间。
　　在传统的氮化镓LED中，PN结就像一个“双人舞台”，n区的电子和p区的空穴在这里相遇、复合，同时释放出光子，宏观上表现为发出亮光。
　　中国科研人员的创新设计，却让这个“舞台”有了新的本事。他们在p区上方，添加了一个独立的第三电极。这个电极，就像一个“舞台监督”，可以在不影响PN结“表演”的同时，对“舞者”们进行额外的调控。具体来说，当在第三电极上施加一个负电压时，它就像一个“吸尘器”，可以将p区附近的空穴吸引过去，使整个p区的空穴浓度下降。空穴浓度降低，意味着p区的导电性变差，PN结的电阻增大，电子和空穴“相遇”的概率降低，发光强度就会减弱。反之，如果在第三电极上施加正电压，就会将更多空穴推向p区，增强PN结的发光。调节第三电极虽然和调节整体电压取得的效果类似，但是它的调控效果更加精准，且能量损耗更低。
　　更令人惊叹的是，当把第三电极和PN结看作一个整体时，这个器件居然还能模拟逻辑运算。通过巧妙地设计电路，调整两个输入信号的高低电平，就可以让这个二极管执行“与”“或”“非”等基本逻辑操作。这就相当于把一个单纯的“舞台”升级成了一个多功能的“演播中心”。
　　单一器件，多重功能。这不仅是一项技术创新，更代表了一种全新的思路。“三合一”的氮化镓二极管告诉我们，只要巧妙设计，跨界融合，一个看似普通的器件，也能释放出非凡的潜力。这也启示我们，无论在科研还是在其他领域，打破固有的边界，勇于开拓创新，总能带来意想不到的惊喜。
　　（科普滨州）