Российские и финские ученые усовершенствовали метод получения алмазных игл, сделав их более доступными для различных применений, в том числе для квантово-оптических сенсоров. Алмаз синтезируется из смеси водорода и метана при активации газовой среды методом «горячей нити». Таким образом можно получать алмазные покрытия на больших площадях и тонко настраивать характеристики игл. Статья опубликована в журнале Materials.
Алмазы используют в самых разных технических областях благодаря их уникальным свойствам: рекордной твердости и теплопроводности, химической стойкости и биологической инертности, прозрачности в широком диапазоне длин волн света, высокой подвижности носителей заряда и т. д. Это делает алмаз очень привлекательным и для создания элементной базы квантовых устройств для обработки информации, разнообразных сенсоров и детекторов. Как в традиционных применениях, так и в инновационных разработках используются кристаллы алмаза в виде крошечных удлиненных пирамидок. Один из наиболее перспективных методов их синтеза — осаждение из газовой фазы на подложку. Для этого в камеру помещаются водород и метан, образуются свободные атомы углерода, которые конденсируются в виде тонкой пленки на подложке. Подбором параметров можно добиться формирования углеродной пленки в виде алмазных иглоподобных кристаллитов.
Ученые из МГУ имени М.В. Ломоносова, Физического института имени П.Н. Лебедева РАН и Красноярского научного центра СО РАН совместно с финскими коллегами предложили проводить осаждение, используя нагретую до высокой температуры (2300 °С) вольфрамовую нить. Такие температуры способны активировать молекулы метана и запускать необходимые для формирования алмаза реакции.
Исследователям удалось подобрать условия, чтобы получались длинные и тонкие (до нескольких тысячных долей миллиметра) алмазные иглы, причем скорость их роста достигала 500 нанометров в час. 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 изменения квантово-оптических свойств. Подход также позволил снять ограничение на площадь подложки, которую можно равномерно покрыть кристаллами.
«Наша технология позволяет массово изготавливать 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», — рассказывает руководитель исследования по гранту РНФ Ринат Исмагилов.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
