Российские ученые совместно с финскими коллегами усовершенствовали метод получения алмазных игл, что делает их более доступными для различных применений, включая квантово-оптические сенсоры. Новый способ использует синтез алмаза из смеси водорода и метана при активации газовой среды методом «горячей нити». Так удается существенно увеличить производительность: можно получать алмазные покрытия на больших площадях и тонко настраивать характеристики алмазных игл. С результатами работы, поддержанной грантом Российского научного фонда (РНФ), можно ознакомиться на страницах журнала Materials.   

Алмазы давно перестали быть просто дорогими камнями в украшениях, их также используют в самых разных технических областях — от применений в качестве абразивного материала до создания микроэлектронных устройств, а также в перспективных научных разработках. Это возможно благодаря уникальным свойствам алмаза: рекордные твердость и теплопроводность, химическая стойкость и биологическая инертность, прозрачность в широком диапазоне длин волн света, высокая подвижность носителей заряда и прочее. Совокупность этих свойств обеспечивает применение алмаза в передовых технологиях, в том числе делает его очень привлекательным для создания элементной базы квантовых устройств, предназначенных для обработки информации, а также разнообразных сенсоров и детекторов. 

Кристаллы алмаза в виде крошечных удлиненных пирамидок обладают свойствами, необходимыми для «традиционных» применений, а также создают возможности для инновационных разработок. Одним из наиболее перспективных методов синтеза кристаллов алмаза служит осаждение из газовой фазы на подложку. В камеру подается смесь, содержащая водород и метан. Молекулы последнего химически активируются, что приводит к появлению свободных атомов углерода, которые конденсируются в виде тонкой пленки на подложке, размещенной в реакционной камере. Подбором параметров процесса осаждения можно добиться формирования углеродной пленки в виде совокупности алмазных иглоподобных кристаллитов. Одним из способов активации является возбуждение электрического разряда в газообразной среде, которое возможно при использовании электропроводящих подложек — этот метод был разработан и исследован ранее

В ходе дальнейшей работы ученые из МГУ имени М. В. Ломоносова (Москва), Физического института имени П. Н. Лебедева РАН (Москва) и Красноярского научного центра СО РАН (Красноярск) совместно с финскими коллегами предложили проводить осаждение не при помощи электрического разряда, а используя нагретую до высокой температуры (2300 °С) вольфрамовую нить — почти как в обычной лампе накаливания. Такие высокие температуры также способны химически активировать молекулы метана и запускать необходимые для формирования алмаза реакции. В ходе проведенного исследования подложки располагали на разном расстоянии от нагретой нити и проводили анализ получаемых алмазных покрытий. 

Исследователям удалось подобрать такие условия, чтобы получались длинные и тонкие (до нескольких тысячных долей миллиметра) алмазные иглы, причем скорость их роста достигала 500 нанометров в час (500 нанометров — это размеры, сопоставимые с размерами очень маленькой бактерии). Процесс проходил вдвое медленнее, чем при активации электрическим током, но при этом обеспечивал более точное управление осаждением и возможность внедрения в состав иглы других атомов для контролируемого изменения квантово-оптических свойств алмаза. Предложенный подход также позволил снять ограничение на площадь подложки, которую можно равномерно покрыть кристаллами: во вновь разработанном методе она зависит только от размеров камеры, где происходит осаждение, и, соответственно, от длины вольфрамовых нитей.  

«Наша технология позволяет массово изготовливать качественные монокристаллические алмазные иглы. Они обладают характеристиками, представляющими интерес для различных существующих и принципиально новых областей применения. Разработанная в рамках проекта РНФ технология способствует внедрению этого уникального материала в практическое использование, расширению сферы технических применений алмаза», — подводит итог руководитель гранта РНФ Ринат Исмагилов, кандидат физико-математических наук, научный сотрудник физического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова.  

Фото: Изображение алмазных наноигл. Получено методом сканирующей электронной микроскопии. Источник: Ismagilov et al. / Materials, 2021  

Источник: www.rscf.ru

Источники

Алмазные наноиглы для квантовых устройств и детекторов станут доступнее
Российский научный фонд (rscf.ru), 02/06/2021
Алмазные наноиглы для квантовых устройств и детекторов станут доступнее
Российский научный фонд (рнф.рф), 02/06/2021
Алмазные наноиглы для квантовых устройств и детекторов станут доступнее
Российская национальная нанотехническая сеть (rusnanonet.ru), 02/06/2021
Алмазные наноиглы для квантовых устройств и детекторов станут доступнее
Научная Россия (scientificrussia.ru), 02/06/2021
Алмазные наноиглы для квантовых устройств и детекторов станут доступнее
Рамблер/новости (news.rambler.ru), 02/06/2021
Алмазные наноиглы для квантовых устройств и детекторов станут доступнее
Газета.Ru, 02/06/2021
Алмазные наноиглы для квантовых устройств и детекторов станут доступнее
Поиск (poisknews.ru), 02/06/2021
Алмазные наноиглы для квантовых устройств и детекторов станут доступнее
Российский научный фонд (rscf.ru), 02/06/2021
Алмазные наноиглы для квантовых устройств и детекторов станут доступнее
Российский научный фонд (рнф.рф), 02/06/2021
Получение алмазных наноигл для квантовых устройств и детекторов удешевили
ТАСС, 02/06/2021
Алмазные наноиглы для квантовых устройств и детекторов станут доступнее
Цензор (censor-rus.ru), 02/06/2021
Алмазные наноиглы для квантовых устройств и детекторов станут доступнее
Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова (msu.ru), 03/06/2021

Похожие новости

  • 26/04/2021

    Звездная пыль, квазары и тайны Солнца

    Апрель – месяц, который может быть посвящен только одной теме в Год науки и технологий – «Освоение космоса». Совсем недавно мы отмечали 60-летие первого полета человека на околоземную орбиту, мы гордимся достижениями отечественной аэрокосмической отрасли, которая с середины прошлого столетия держит высокую планку и является лидером в этом направлении.
    330
  • 31/12/2017

    Топ-10 исследований российских ученых 2017 года по версии РНФ

    Около 35 тысяч российских ученых проводили и проводят фундаментальные исследования при поддержке Российского научного фонда (РНФ). Ежемесячно в российских и зарубежных СМИ выходят десятки новостей об их достижениях.
    5341
  • 30/12/2020

    Топ-30 разработок сибирских ученых в 2020 году

    ​На портале «Новости сибирской науки» можно познакомиться с инновациями и последними достижениями сибирских ученых. Сегодня мы предлагаем вашему вниманию Топ-30 сообщений о наиболее значимых и интересных научных разработках 2020 года, размещенных на нашем сайте.
    4250
  • 27/11/2018

    Российские биологи расшифровали генетический «секрет» светящихся грибов

    ​Российские биологи идентифицировали все гены, ответственные за биолюминесценцию светящегося гриба. Воссоздание путей синтеза необходимых для этого компонентов — люциферазы и люциферина — в дрожжевых клетках заставило их излучать свет, видимый невооруженным глазом.
    2510
  • 28/01/2020

    Мировая повестка: биобезопасность

    ​С 2015 года в рамках Проекта 5-100 ТюмГУ и в настоящее время Западно-Сибирский межрегиональный научно-образовательный центр (НОЦ) сделали ставку на биобезопасность – предотвращение, митигацию и ликвидацию угроз биологического происхождения для человека, животных и растений.
    1201
  • 09/04/2021

    Инновационный новосибирский тест на COVID-19 по дыханию представили на крупной выставке в Москве

    ​Учёные ведущих вузов России и эксперты экспортного центра оценили устройство новосибирских разработчиков, позволяющее сдать тест на коронавирус по дыханию.  Разработанный учёными Института автоматики и электрометрии СО РАН и компании «Сайнтификкоин» газоанализатор HEALTHMONITOR, позволяющий сдать тест на COVID-19 по дыханию, представили на международной выставке «Фотоника.
    424
  • 13/10/2020

    И быстрых разумом Ньютонов…

    ​Первую в мире вакцину от коронавируса под названием «Спутник V» создали наши, российские ученые. И сколько бы там ни говорили скептики по поводу того, что наука, мол, у нас в загоне, что лучшие отечественные умы утекают за рубеж, – факт остается фактом.
    743
  • 27/12/2017

    Исследователи реализуют проект, позволяющий исправлять мутации ДНК митохондрий

    ​В последнее время все чаще можно услышать о тяжелых наследственных заболеваниях митохондриальной этиологии. Эти недуги вызываются дефектами митохондрий, которые являются своеобразными "энергетическими станциями" клеток организма.
    3094
  • 16/02/2021

    Ключевые результаты в сфере науки Алтайского края в 2020 году

    Научный комплекс Алтайского края сегодня представлен 4 научно-исследовательскими институтами, в числе которых 2 учреждения Сибирского отделения Российской академии наук и Федеральный Алтайский научный центр агробиотехнологий.
    988
  • 12/02/2021

    Искусственный интеллект в борьбе с коронавирусом

    Красноярские ученые придумали, как использовать искусственный интеллект для более точного определения площади поражения легкого коронавирусом и даже прогнозировать возможные осложнения. Это позволит врачам быстро назначать больному необходимую терапию и реабилитировать его после перенесенного ковида.
    735