Российские ученые обнаружили механизмы, ответственные за появление центров окраски в алмазах при низкой температуре. Это открытие поможет в разработке новых квантовых и оптических устройств. Исследование опубликовано в журнале Journal of Luminescence.
Физические свойства дефектных алмазов крайне интересны для применения в науке. Например, замена атома углерода в кристаллической решетке на другой атом влияет на взаимодействие алмаза со светом. Это помогает изменить цвет камня, поэтому такие дефекты называют центрами окраски — их используют для разработки новых квантовых устройств. Однако свои удивительные свойства подобные материалы показывают лишь при очень низких температурах.
«Многообразие перспективных технологий, использующих центры окраски, действительно интригует: оптические квантовые сети обработки и передачи информации, квантовые датчики, медицинские светящиеся метки и прочее. Однако недостаток таких материалов состоит в том, что свои уникальные оптические характеристики они демонстрируют только при очень низких температурах. В своей недавней работе мы попытались пролить свет на физические механизмы, ответственные за наблюдаемые с ростом температуры эффекты в центрах окраски в алмазе», — рассказал Александр Разгулов, младший научный сотрудник Института физики высоких давлений имени Л.Ф. Верещагина РАН, аспирант МФТИ.
Команда российских ученых выявила механизмы электрон-фононного взаимодействия в алмазах с германиевыми дефектами. При облучении атомы в составе кристаллической решетки колеблются (эти колебания называются фононами), влияя на собственные электроны. Исследователи разделили два различных вклада в температурное уширение и сдвиг люминесцентных пиков: вклад электрон-фононного взаимодействия и вклад температурного расширения алмазной решетки. Для этого физики изучили влияние двух важных факторов — температуры и гидростатического (одинакового во всех точках кристалла) давления на люминесценцию центров окраски в алмазе. Новые экспериментальные данные и существующие теоретические модели помогли авторам определить конкретный физический механизм, ответственный за температурные эффекты.
«Решающую роль в исследовании сыграло высочайшее качество алмазов, синтезированных при высоких давлениях и температурах в углеводородной ростовой системе. В настоящее время мы разрабатываем новую методику контролируемого легирования "органических" нано- и субмикроалмазов в процессе синтеза, которая позволит получать кристаллы с единичными центрами окраски. Совершенные кристаллы алмаза с единственным центром окраски являются штучным товаром, чрезвычайно востребованным для высокотехнологичных приложений», — заключает Евгений Екимов, ведущий научный сотрудник ИФВД РАН.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Facebook и Twitter.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
