Алмаз, часто прославляемый своей непревзойденной твердостью и прозрачностью, стал исключительным материалом для мощной электроники и квантовой оптики следующего поколения. Алмаз можно спроектировать таким образом, чтобы он был таким же электропроводным, как металл, путем введения примесей, таких как элемент бор.
Исследователи из Университета Кейс Вестерн Резерв и Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне обнаружили еще одно интересное свойство алмазов с добавлением бора, известных как алмазы, легированные бором.
Их выводы могут проложить путь для новых типов биомедицинских и квантовых оптических устройств — более быстрых, эффективных и способных обрабатывать информацию способами, которые классические технологии не могут. Результаты опубликованы в Nature Communications.
Исследователи обнаружили, что легированные бором алмазы демонстрируют плазмоны — волны электронов, которые движутся, когда на них попадает свет, — что позволяет контролировать и усиливать электрические поля в нанометровом масштабе. Это важно для современных биосенсоров, наноразмерных оптических устройств, а также для улучшения солнечных элементов и квантовых устройств.
Ранее было известно, что легированные бором алмазы проводят электричество и становятся сверхпроводниками, но не обладают плазмонными свойствами. В отличие от металлов или даже других легированных полупроводников, легированные бором алмазы остаются оптически прозрачными.
«Алмаз продолжает сиять, — сказал Джузеппе Странджи, профессор физики в Case Western Reserve, — и в буквальном смысле, и как маяк для научных и технологических инноваций. По мере того, как мы все дальше вступаем в эпоху квантовых вычислений и связи, такие открытия приближают нас к использованию всего потенциала материалов на самом фундаментальном уровне».
«Понимание того, как легирование влияет на оптический отклик полупроводников, таких как алмаз, меняет наше понимание этих материалов», — сказал Мохан Санкаран, профессор ядерной, плазменной и радиологической инженерии в Инженерном колледже Грейнджера в Иллинойсе.
Плазмонные материалы, которые влияют на свет в наномасштабе, очаровывали людей на протяжении столетий, даже до того, как были поняты их научные принципы. Яркие цвета в средневековых витражах являются результатом внедрения в стекло металлических наночастиц.
При прохождении света эти частицы генерируют плазмоны, которые производят определенные цвета. Золотые наночастицы кажутся рубиново-красными, а серебряные наночастицы — ярко-желтыми. Это древнее искусство подчеркивает взаимодействие света и материи, вдохновляя современные достижения в области нанотехнологий и оптики.
Алмазы, состоящие из прозрачных кристаллов элемента углерода, могут быть синтезированы с небольшим количеством бора, соседствующего с углеродом в периодической таблице. Бор содержит на один электрон меньше, чем углерод, что позволяет ему принимать электроны. Бор по сути открывает периодическую электронную «дырку» в материале, что приводит к увеличению способности материала проводить ток. Решетка легированного бором алмаза остается прозрачной, с голубым оттенком. (Знаменитый алмаз Хоупа имеет синий цвет, потому что он содержит небольшое количество бора).
Благодаря другим своим уникальным свойствам — а также химической инертности и биологической совместимости — легированный бором алмаз потенциально может использоваться в таких областях, где другие материалы не могут быть использованы, например, для медицинской визуализации или высокочувствительных биочипов или молекулярных датчиков.
Алмазы, синтезированные при низком давлении, были впервые получены в Case Western Reserve (тогда еще Case Institute of Technology) в 1968 году преподавателем Джоном Ангусом, который умер в 2023 году. Ангус также был первым, кто сообщил об электропроводности алмаза, легированного бором.
Почему российское Приморье «мигрирует», пояснили учёные
Разрушительное землетрясение произошло в 2011 году в Японии, но постсейсмические процессы продолжаются. Они оказывают влияние не только собственно на островное государство, но и на соседние территории: российский Приморский край и…
Nature: Названа группа людей, сохраняющих когнитивные способности в старости
Группа исследователей из Университета Иллинойса пришла к выводу, что мозг человека продолжает создавать новые нейроны даже в пожилом возрасте. А у так называемых «суперэйджеров» данный процесс происходит заметно активнее, рассказала…
Новые данные ДНК могут привести ученых к легендарной гробнице Чингисхана
На протяжении веков историки, археологи и кладоискатели искали одно из самых труднодоступных мест захоронения в мировой истории — гробницу Чингисхана, легендарного основателя Монгольской империи. Несмотря на его огромное влияние на…
МО: за ночь над регионами России сбили 124 украинских БПЛА
Российские средства ПВО перехватили и уничтожили за ночь над регионами РФ 124 украинских БПЛА, в том числе летевший на Москву. Об этом сообщили в Минобороны России. "В течение прошедшей ночи…
Хинштейн: ВСУ за сутки 35 раз обстреляли территорию Курской области
Вооруженные силы Украины за минувшие сутки 35 раз обстреляли территорию отселенных районов Курской области, следует из сводки об оперативной обстановке, опубликованной губернатором Александром Хинштейном в своем Telegram-канале. "Всего в период…
В Госдуме рассказали о вступивших в силу законах по защите здоровья детей
Три закона в сфере охраны здоровья граждан, в том числе детей и подростков, вступили в силу с 1 марта. Речь идет об ужесточении регулирования рекламы энергетических напитков, внесудебной блокировке сайтов…
Ошибки американских военных пытаются переложить на искусственный интеллект
В конфликте на Ближнем Востоке появился новый фигурант – искусственный интеллект. Американские военн...
Подтверждено, что человечество впервые изменило орбиту объекта вокруг Солнца
В 2022 году НАСА вошло в историю, преднамеренно столкнув космический аппарат с астероидом, чтобы про...
Когда вам покажется, что вы не справитесь, вспомните, что вы из поколения, которое писало сочинения на три страницы. Из головы! Ручкой на большой перемене!
Этот сайт использует файлы «cookie» с целью повышения удобства его использования. Во время посещения сайта вы соглашаетесь с тем, что мы обрабатываем ваши персональные данные с использованием сервиса «Яндекс. Метрика». Продолжая использовать сайт, вы соглашаетесь с Политикой конфиденциальности.
Зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций
(Роскомнадзор). Реестровая запись от 07.06.2022 серия ЭЛ № ФС 77 – 83392. При использовании, полном или частичном
цитировании материалов planet-today.ru активная гиперссылка обязательна. Мнения и взгляды авторов не всегда совпадают с
точкой зрения редакции. На информационном ресурсе применяются рекомендательные технологии (информационные технологии
предоставления информации на основе сбора, систематизации и анализа сведений, относящихся к предпочтениям пользователей
сети "Интернет", находящихся на территории Российской Федерации)".