Сегодня алмаз, известный своими выдающимися характеристиками прочности и прозрачности, становится ключевым материалом для революционных разработок в сфере мощной электроники и квантовой оптики. Путем добавления примесей, в частности бора, удается достичь металлической проводимости алмаза. Группа исследователей из университетов Кейс Вестерн Резерв и Иллинойса Урбана-Шампейн совершила впечатляющее открытие новых свойств алмазов с боровым легированием. Это достижение открывает захватывающие перспективы в создании инновационных биомедицинских и квантово-оптических устройств, которые превзойдут существующие технологии по скорости и эффективности обработки информации. Результаты этого прорывного исследования представлены в престижном журнале Nature Communications.
В ходе экспериментов учёные выявили удивительную способность легированных бором алмазов генерировать плазмоны – электронные волны, возникающие при световом воздействии. Это свойство позволяет осуществлять точное управление электрическими полями и их усиление на наноуровне, открывая широкие возможности для разработки современных биосенсоров, оптических наноустройств, усовершенствованных солнечных элементов и квантовых технологий.
До настоящего момента было установлено, что алмазы с боровым легированием обладают электропроводностью и сверхпроводимостью, однако их плазмонные характеристики оставались неизученными. Примечательно, что в отличие от металлов и других легированных полупроводников, эти алмазы сохраняют оптическую прозрачность. Профессор физики Джузеппе Странджи отмечает: «Алмаз продолжает удивлять нас своим сиянием – как буквально, так и метафорически, выступая путеводной звездой научно-технического прогресса. На пороге эпохи квантовых технологий такие открытия приближают нас к полному раскрытию потенциала материалов на фундаментальном уровне».
Мохан Санкаран, профессор ядерной, плазменной и радиологической инженерии инженерного колледжа Грейнджера в Иллинойсе, подчеркивает: «Исследование влияния легирования на оптические свойства полупроводников, включая алмаз, кардинально трансформирует наше восприятие этих материалов».
Плазмонные материалы, взаимодействующие со светом на наноуровне, завораживали человечество столетиями, задолго до научного объяснения их природы. Яркий пример – средневековые витражи, где металлические наночастицы, внедренные в стекло, создают удивительные цветовые эффекты благодаря плазмонам. Золотые наночастицы придают рубиново-красный оттенок, а серебряные – насыщенный желтый. Это древнее искусство наглядно демонстрирует взаимодействие света и материи, вдохновляя современные достижения в нанотехнологиях и оптике.
Прозрачные углеродные кристаллы алмаза можно синтезировать с включением бора – элемента, соседствующего с углеродом в периодической системе. Бор, имеющий на один электрон меньше углерода, создает электронные «пустоты», повышающие проводимость материала. При этом кристаллическая решетка сохраняет прозрачность с характерным голубым оттенком, как у знаменитого бриллианта Хоупа, содержащего природные боровые примеси.
Легированный бором алмаз обладает дополнительными преимуществами – химической стабильностью и биосовместимостью, что открывает перспективы его применения там, где другие материалы неэффективны: в медицинской визуализации, создании высокоточных биочипов и молекулярных сенсоров.
[Фото: John Luty / Case Western Reserve University]
Источник: scientificrussia.ru
