Международная группа учёных из Университета Кейс Вестерн Резерв и Иллинойсского университета обнаружила уникальное свойство алмазов с добавлением бора, которое может запустить новое направление в биомедицине и квантовой оптике.
Исследователи установили, что в легированных бором алмазах возникают плазмоны — волны электронов, появляющиеся при воздействии света. Это явление позволяет контролировать и усиливать электрические поля на наноуровне, что важно для разработки современных биосенсоров, наноразмерных оптических устройств, а также совершенствования солнечных элементов и квантовых приборов.
«Алмаз продолжает блистать — как в буквальном смысле, так и в качестве маяка научно-технологических инноваций», — отметил Джузеппе Странги, профессор физики Университета Кейс Вестерн Резерв.
Ранее было известно, что алмазы с добавлением бора проводят электричество и могут становиться сверхпроводниками, однако их плазмонные свойства были обнаружены впервые. Важно, что в отличие от металлов и других легированных полупроводников, такие алмазы сохраняют оптическую прозрачность.
Алмазы, состоящие из прозрачных кристаллов углерода, можно синтезировать с небольшим добавлением бора, который находится рядом с углеродом в периодической таблице. Бор, имеющий на один электрон меньше, чем углерод, создаёт в материале электронные «дырки», улучшающие проводимость. При этом кристаллическая решётка остаётся прозрачной с характерным голубым оттенком (именно поэтому знаменитый алмаз «Хоуп» имеет синий цвет).
Благодаря уникальному сочетанию свойств — химической инертности и биологической совместимости — легированные бором алмазы могут найти применение там, где другие материалы неэффективны, например, в медицинской визуализации или высокочувствительных биочипах.
Примечательно, что технология синтеза алмазов при низком давлении была разработана в 1968 году в Институте технологий Кейса (ныне Университет Кейс Вестерн Резерв) Джоном Ангусом, именно он первым сообщил об электропроводности алмазов, легированных бором.