В Архангельске открылась лаборатория по синтезу алмазов из газа
В Северном Арктическом федеральном университете (САФУ) имени М.В. Ломоносова начала работу новая лаборатория по синтезу алмазов.
Ученые используют метод химического осаждения из газовой фазы, который позволяет выращивать искусственные кристаллы из углерода, содержащегося в газе. Об этом ТАСС рассказал научный руководитель научно-образовательного центра «Российская Арктика» САФУ Марат Есеев.
По словам ученого, суть метода CVD (chemical vapor deposition) заключается в том, что атомы углерода, высвобождающиеся из газа, осаждаются на специальную подложку, формируя кристаллическую решетку алмаза слой за слоем. Ранее исследователи университета использовали готовые алмазные пластины, произведенные в других научных центрах, и могли лишь модифицировать их путем внедрения различных элементов. Теперь же у них появилась возможность контролировать процесс на этапе роста кристалла.
«Сам синтез для нас очень интересен, потому что мы экспериментируем с точки зрения возможности на этапах роста внедрять слоевым образом азот в эти пластины. Это повышает их функциональные свойства», — пояснил Есеев.
Внедрение азота в структуру синтетического алмаза приводит к образованию так называемых азото-вакансионных (NV-центров). Когда атом азота замещает атом углерода, в кристаллической решетке возникает вакансия, которая связывается с атомом азота. Такие дефекты придают алмазу уникальные свойства.
Полученные пластины с NV-центрами открывают широкие перспективы для высоких технологий. Они могут использоваться в квантовых вычислениях, создании релятивистской оптики для синхротронов — установок, разгоняющих частицы до скоростей, близких к скорости света. Благодаря высокой чувствительности к изменениям электромагнитного поля в оптическом диапазоне такие алмазные элементы востребованы при разработке сверхточных датчиков-магнитометров и систем навигации по магнитному полю.
Ученый подробно описал и сам технологический процесс. В плазме соединяются метан и водород, в результате чего из метана высвобождается атомарный углерод. Водород выполняет роль очистителя — он «выжигает» центры графитизации, делая алмаз более чистым и качественным. «Графит и алмаз — это родственники. И в условиях роста один сопровождает другого», — отметил Есеев.
Процесс роста кристаллов происходит медленно — со скоростью до нескольких микрон в час. Для нужд лаборатории выращиваются пластины толщиной в несколько десятков микрон, что вполне достаточно для создания необходимых функциональных центров. В планах исследователей — модернизировать установку, подключив к ней баллон со сверхчистым азотом, что позволит точнее контролировать процесс внедрения примесей.