Благодаря исключительной твердости и прозрачности алмаз стал материалом для мощной электроники и квантовой оптики нового поколения. Введение примесей, например бора, делает алмаз столь же электропроводящим, как металл. обнаружили Интересное свойство алмазов с добавленным бором, известных как легированные бором алмазы, открыто учёными. опубликованы в журнале Nature Communications.
Ученые выяснили, что алмазы с примесью бора создают плазмоны — волны электронов, возникающие под воздействием света, — позволяющие управлять электрическими полями и усиливать их на нанометровом уровне. Это открытие имеет значение для биосенсоров, нанооптических устройств, солнечных батарей и квантовых приборов.
Ранее считалось, что алмазы с добавкой бора проводят электричество и становятся сверхпроводниками, но не обладают плазмонными свойствами. В отличие от металлов или других легированных полупроводников, алмазы с добавкой бора остаются оптически прозрачными. «Алмаз продолжает сиять,— заявил Джузеппе Странджи, профессор физики,— как в буквальном смысле, так и в качестве маяка для научных и технологических инноваций. По мере того как мы вступаем в эру квантовых вычислений и коммуникаций, подобные открытия приближают нас к использованию всего потенциала материалов на их фундаментальном уровне».
Понимание влияния легирования на оптический отклик полупроводников, например алмаза, меняет наше представление об этих материалах, – заявил Мохан Санкаран, профессор ядерной, плазменной и радиологической инженерии инженерного колледжа Грейнджера в Иллинойсе.
Плазмонные материалы, действующие на свет на молекулярном уровне, привлекали людей с незапамятных времен, даже до освоения их научных основ. Яркие цвета средневековых витражей — результат применения металлических наночастиц в стекле. Свет, проходя через них, вызывает генерацию плазмонов, формирующих определенные оттенки. Золотые наночастицы выглядят рубиново-красными, а серебряные – ярко-желтыми. Древнее мастерство демонстрирует взаимодействие света и материи и вдохновляет на современные научные достижения в области нанотехнологий и оптики.
Изготовленные из прозрачных кристаллов углерода, алмазы могут быть синтезированы с добавлением небольшого количества бора, расположенного рядом с углеродом в периодической таблице. Бор обладает одним электроном меньше, чем углерод, и способен принимать электроны. Это создаёт «дыру» в электронной структуре материала, увеличивая его проводимость.
Решетка алмаза, обогащенная бором, сохраняет прозрачность с голубым оттенком. (Известный бриллиант Хоупа имеет голубой цвет из-за присутствия небольшого количества бора).
Благодаря химической инертности и биологической совместимости легированный бором алмаз может применяться в тех областях, где другие материалы не подходят, например, для медицинской визуализации, высокочувствительных биочипов или молекулярных датчиков.
[Фото: Джон Лати / Кейс Вестерн Резерв Университет ]