Главная цель – получение материала для передовых технологий, который необходим для квантовых вычислений и сверхточных датчиков магнитного поля – решений, которые рассматриваются как будущее навигации и новых материалов.
В лаборатории используется метод создания алмазов из газообразного углерода с его последующим осаждением на специальную подложку. В алмазные пластинки по мере роста добавляется азот, рассказал научный руководитель научно-образовательного центра «Российская Арктика» САФУ Марат Есеев.
– У нас появилась новая лаборатория, лаборатория по синтезу алмазов. Мы ведем синтез алмазов с помощью CVD-метода. Это chemical vapor deposition – химическое осаждение из газовой фазы. Суть его состоит в том, что мы можем получить решетку алмаза из углерода, находящегося в газовой фазе и осаждающегося на подложку послойно. До этого мы использовали алмазные пластины, подготовленные в других центрах, но мы могли их модернизировать путем имплантации различных элементов. 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, – сказал Есеев.
Азот внедряют в синтетические алмазные пластины, чтобы сформировались так называемые энви-центры (NV-центры, азото-вакансионные, или азото-замещенные центры). Атом азота выбивает атом углерода, нарушается строение кристаллической решетки кристалла, образовавшаяся вакансия связывается с атомом азота.
Получившиеся пластины с энви-центрами могут использоваться для квантовых вычислений и для создания релятивистской оптики для синхротронов. В релятивистской механике частицы движутся на скоростях, сравнимых со скоростью света; синхротрон – установка, в которой частицы разгоняются до таких скоростей. Энви-центры в пластинке алмаза делают его очень чувствительным в оптическом диапазоне к малейшим изменениям электромагнитного поля. Такие элементы с заданными свойствами необходимы для создания сверхточных датчиков-магнитометров и устройств навигации по магнитному полю.
– Суть метода состоит в том, что в плазме соединяются метан (CH4), и водород. В результате реакции в плазме из метана высвобождается атомарный углерод. А водород, который тоже подается в камеру, используется для того, чтобы «выжечь» центры графитизации из алмаза, сделать его более чистым и качественным. Дело в том, что графит и алмаз – это родственники. И в условиях роста один сопровождает другого, – объяснил ученый метод выращивания алмазов.
Рост алмазных пластин происходит со скоростью до нескольких микрон в час. Для целей лаборатории выращиваются пластины толщиной несколько десятков микрон. Установку по выращиванию алмазов планируется дополнить, чтобы появилась возможность подключать баллон со сверхчистым азотом.
Пресс-служба САФУ. Арина Румянцева по материалам ТАСС