Новости

Свойствами искусственно выращенных алмазов с примесью германия можно управлять с помощью магнитных полей и СВЧ-излучения - это означает их перспективность в качестве ячеек памяти в квантовом компьютере, выяснили ученые Института геологии и минералогии (ИГМ) Сибирского отделения РАН совместно с коллегами из Германии и США.

Заведующий лабораторией экспериментальной минералогии и кристаллогенезиса ИГМ СО РАН Юрий Пальянов рассказал нам о роли синтетических алмазов в квантовой электронике и арктических исследованиях.

Квантовое будущее

Ученые из ИГМ СО РАН и Новосибирского госуниверситета в рамках проекта Российского научного фонда синтезировали искусственные алмазы с примесью германия, который образует в структуре кристаллов центры с интересными люминесцентными свойствами.

"Эксперименты показали перспективность этих структур для использования в качестве ячеек квантовой памяти - ключевого элемента для реализации широкомасштабных квантовых сетей", - рассказал Пальянов.

По его словам, источники, излучающие отдельные фотоны, способны в тысячу раз повысить эффективность устройств передачи информации и улучшить системы квантового шифрования.

Алмазы для исследования Арктики

Изучение синтезированных алмазов помогает разобраться в том, что происходило миллионы лет назад на огромных глубинах в мантии Земли в условиях экстремальных давлений и температур, в том числе на территории современной Арктики, где добывается основная масса алмазов. Особенность методики, созданной в лаборатории - кристаллы выращиваются в условиях, максимально приближенных к природным, но за более короткое время.

"Проводя сравнение синтезированных алмазов с природными, перекидывая своеобразный мостик, мы можем узнать, как образовались те или иные кристаллы в природе, какая у них история", - пояснил Пальянов.

Синтезируют алмазы в установках БАРС ("Беспрессовый аппарат разрезная сфера") - в институте создано уже седьмое их поколение. Каждый из аппаратов весит около трех тонн, способен создавать давление как на глубине 250 км и температуру до 2,5 тысячи градусов Цельсия. На выращивание кристалла алмаза уходит от десятка часов до нескольких суток.

Природа плюс синтез

В природе не существует двух одинаковых алмазов. "Такая индивидуальность делает их практически бесполезными, когда речь идет о применении в высокотехнологичных отраслях. Здесь намного более привлекательными выглядят искусственные алмазы с заданными свойствами", - отметил Пальянов.

Алмазные скальпели, всевозможные алмазные покрытия, полупроводниковые кристаллы и кристаллы для квантовых технологий - это синтез. Например, кристаллы, выращиваемые в институте, используются для изготовления скальпелей, применяющихся в микрохирургии глаза: эти инструменты не разрезают, а раздвигают ткани, благодаря чему швы быстро заживают.

Искусственные алмазы применяются для инфракрасной и рентгеновской оптики. С помощью алмазных наковален, изготовленных из полученных в лаборатории кристаллов, проводятся исследования при сверхвысоких давлениях, эквивалентных давлению на глубине порядка 1000 км.

Искусство создавать дефекты

Многие полезные свойства алмаза определяются наличием в его структуре дефектов, которые изменяют электрическую проводимость кристалла или его окраску и люминесцентные характеристики. "Как ни парадоксально звучит, алмаз с идеальной кристаллической решеткой представляет скорее чисто научный интерес. Область реального применения таких кристаллов весьма ограничена", - отметил Пальянов.

Он добавил, что в исследованиях ученые пытаются понять, каким образом те или иные ростовые условия и параметры влияют на структуру алмаза.

"Стараемся найти те ниточки, за которые нужно потянуть, чтобы получить кристаллы с заданными, определенными свойствами. Этих ниточек много - температура, давление, химический состав среды, различные добавки. Сейчас мы можем получать разные кристаллы, в том числе такие, каких нет в природе", - сказал собеседник агентства.

Последние результаты показали, что при определенных условиях в решетку алмаза можно "запереть" медь и кислород, чего раньше никому не удавалось сделать. В данный момент ученые исследуют свойства новых дефектов и возможности применения таких кристаллов.

Заведующий лабораторией экспериментальной минералогии и кристаллогенезиса ИГМ СО РАН доктор геолого-минералогических наук Юрий Пальянов