Обнаружены новые свойства алмазных полупроводников
Одним из новых направлений стало изучение свойств алмаза, легированного бором. Этот редкий материал может стать основой для создания инновационных биомедицинских устройств и квантовых технологий.
Группа специалистов из университетов Иллинойса и Кейс Вестерн Резерв открыла новое свойство легированного бором алмаза — способность создавать плазмоны. Эти электронные волны, возникающие при взаимодействии материала со светом, позволяют управлять электрическими полями на нанометровом уровне. Такое открытие стало важным шагом для разработки наномасштабных оптических устройств, усовершенствования солнечных батарей, квантовых приборов и биосенсоров.
Публикация результатов исследования стала событием, которое не осталось незамеченным в научном сообществе. «Алмаз продолжает блистать, как в буквальном смысле, так и в качестве источника научных открытий», — отметил профессор физики Университета Кейс Вестерн Резерв Джузеппе Странги. Он подчеркнул, что это открытие приближает человечество к полной реализации потенциала материалов на фундаментальном уровне.
Ранее было известно, что легированный бором алмаз способен проводить электричество и становиться сверхпроводником. Однако плазмонные свойства этого материала, в отличие от металлов или других легированных полупроводников, были обнаружены впервые. Причем алмаз, даже с добавлением бора, сохраняет свою прозрачность, оставаясь кристаллически чистым и приобретая лишь легкий голубой оттенок.
Легирование бором существенно меняет электрические и оптические свойства алмаза. Благодаря особенностям атомного строения, бор создает в кристалле электронные «дыры», повышая его проводимость. Примечательно, что голубой цвет знаменитого «Алмаза Надежды» также вызван следами бора в структуре кристалла.
Плазмонные материалы, способные влиять на свет на наноуровне, уже давно привлекают внимание исследователей. Исторически их свойства использовались еще в средневековье для создания цветных витражей, где взаимодействие света с наночастицами металлов обеспечивало яркие краски. Однако открытие плазмонов в бор-легированных алмазах обещает совершить качественный скачок в области нанотехнологий.
Кроме того, уникальные характеристики легированного алмаза, такие как химическая инертность и биологическая совместимость, делают его особенно перспективным для применения в медицине. Возможности использования такого материала включают создание биочипов с высокой чувствительностью, молекулярных сенсоров и устройств для медицинской визуализации, где требуется одновременно высокая прочность и прозрачность.
Разработка синтетических алмазов с низким давлением началась в Университете Кейс Вестерн Резерв еще в 1968 году благодаря профессору Джону Ангусу, который также первым сообщил о проводимости алмазов, легированных бором. Этот выдающийся ученый, скончавшийся в 2023 году, заложил основу для дальнейших исследований алмаза как уникального материала.
Сегодня открытия в области легированных алмазов делают возможным появление новых технологий, которые ранее казались невозможными. Будь то квантовые вычисления, биомедицина или солнечная энергетика, алмаз вновь доказывает, что является не только символом красоты и роскоши, но и ключом к будущим научным достижениям.
Ранее ученые разработали первую в мире алмазную батарею со сроком службы в тысячи лет.
