Свойствами искусственно выращенных алмазов с примесью германия можно управлять с помощью магнитных полей и СВЧ-излучения - это означает их перспективность в качестве ячеек памяти в квантовом компьютере, выяснили ученые Института геологии и минералогии (ИГМ) Сибирского отделения РАН совместно с коллегами из Германии и США. Заведующий лабораторией экспериментальной минералогии и кристаллогенезиса ИГМ СО РАН Юрий Пальянов рассказал ТАСС о роли синтетических алмазов в квантовой электронике и арктических исследованиях.
Квантовое будущее
Ученые из ИГМ СО РАН и Новосибирского госуниверситета в рамках проекта Российского научного фонда синтезировали искусственные алмазы с примесью германия, который образует в структуре кристаллов центры с интересными люминесцентными свойствами.
"Эксперименты показали перспективность этих структур для использования в качестве ячеек квантовой памяти - ключевого элемента для реализации широкомасштабных квантовых сетей", - рассказал Пальянов.
По его словам, источники, излучающие отдельные фотоны, способны в тысячу раз повысить эффективность устройств передачи информации и улучшить системы квантового шифрования.
Алмазы для исследования Арктики
Изучение синтезированных алмазов помогает разобраться в том, что происходило миллионы лет назад на огромных глубинах в мантии Земли в условиях экстремальных давлений и температур, в том числе на территории современной Арктики, где добывается основная масса алмазов. Особенность методики, созданной в лаборатории - кристаллы выращиваются в условиях, максимально приближенных к природным, но за более короткое время.
"Проводя сравнение синтезированных алмазов с природными, перекидывая своеобразный мостик, мы можем узнать, как образовались те или иные кристаллы в природе, какая у них история", - пояснил Пальянов.
Синтезируют алмазы в установках БАРС ("Беспрессовый аппарат разрезная сфера") - в институте создано уже седьмое их поколение. Каждый из аппаратов весит около трех тонн, способен создавать давление как на глубине 250 км и температуру до 2,5 тысячи градусов Цельсия. На выращивание кристалла алмаза уходит от десятка часов до нескольких суток.
Природа плюс синтез
В природе не существует двух одинаковых алмазов. "Такая индивидуальность делает их практически бесполезными, когда речь идет о применении в высокотехнологичных отраслях. Здесь намного более привлекательными выглядят искусственные алмазы с заданными свойствами", - отметил Пальянов.
Алмазные скальпели, всевозможные алмазные покрытия, полупроводниковые кристаллы и кристаллы для квантовых технологий - это синтез. Например, кристаллы, выращиваемые в институте, используются для изготовления скальпелей, применяющихся в микрохирургии глаза: эти инструменты не разрезают, а раздвигают ткани, благодаря чему швы быстро заживают.
Искусственные алмазы применяются для инфракрасной и рентгеновской оптики. С помощью алмазных наковален, изготовленных из полученных в лаборатории кристаллов, проводятся исследования при сверхвысоких давлениях, эквивалентных давлению на глубине порядка 1000 км.
Искусство создавать дефекты
Многие полезные свойства алмаза определяются наличием в его структуре дефектов, которые изменяют электрическую проводимость кристалла или его окраску и люминесцентные характеристики. "Как ни парадоксально звучит, алмаз с идеальной кристаллической решеткой представляет скорее чисто научный интерес. Область реального применения таких кристаллов весьма ограничена", - отметил Пальянов.
Он добавил, что в исследованиях ученые пытаются понять, каким образом те или иные ростовые условия и параметры влияют на структуру алмаза.
"Стараемся найти те ниточки, за которые нужно потянуть, чтобы получить кристаллы с заданными, определенными свойствами. Этих ниточек много - температура, давление, химический состав среды, различные добавки. Сейчас мы можем получать разные кристаллы, в том числе такие, каких нет в природе", - сказал собеседник агентства.
Последние результаты показали, что при определенных условиях в решетку алмаза можно "запереть" медь и кислород, чего раньше никому не удавалось сделать. В данный момент ученые исследуют свойства новых дефектов и возможности применения таких кристаллов.
По информации https://scientificrussia.ru/news/uchenye-igm-so-ran-sovmestno-s-zarubezhnymi-kollegami-vyyasnili-chto-sinteticheskie-almazy-mozhno-ispolzovat-v-kachestve-yacheek-pamyati-v-kvantovom-kompyutere
Обозрение "Terra & Comp".
