Лазерный мир

Исследователи из России открыли ранее неизвестный тип квантовых дефектов внутри синтетических алмазов, которые можно использовать для создания высокочувствительных датчиков температуры и систем квантовой обработки информации. Об этом во вторник сообщила пресс-служба «Сколтеха».

«Новый класс дефектов, который мы обнаружили, обладает наиболее привлекательными оптическими свойствами по сравнению с другими широко известными дефектами в алмазах. В сочетании с довольно высокой стабильностью и интенсивностью излучения их можно использовать для локальных измерений температуры с повышенной точностью», — сообщил аспирант «Сколтеха» Артур Нелюбов, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

На сегодняшний день ученые создали множество методик, позволяющих выращивать искусственные алмазы, внутри которых присутствуют различного рода «дефекты». Их роль играют атомы других элементов, в том числе азота и кремния, а также пустоты, отсутствующие атомы углерода в кристаллической решетке. Эти дефекты придают алмазам необычные квантовые свойства. Подобные кристаллы, как надеются материаловеды, в скором времени станут основой для многих квантовых приборов и сенсоров.

В частности, при облучении алмаза при помощи луча лазера эти дефекты вырабатывают свечение, свойства которого зависят от температуры окружающей среды. Это позволяет измерять нагрев регионов вокруг алмазных наночастиц с точностью до 0,1 градуса Цельсия, не вмешиваясь при этом в работу биосистем. Недавно российские ученые применили дефектные алмазы для сверхточных замеров температуры внутри митохондрий, «энергостанций» живых клеток.

Новый тип дефектных алмазов

Нелюбов и его коллеги открыли ранее неизвестную форму точечных дефектов внутри алмазов, которые возникают при изготовлении синтетических драгоценных камней из так называемого адамантана. Так химики называют циклические молекулы из десяти атомов углерода и шестнадцати атомов водорода, в которых углерод расположен таким же образом, как в кристаллической решетке алмаза.

«В кристаллы на этапе синтеза не было преднамеренно внедрено никаких примесей, но, тем не менее, описанные в нашей научной статье дефекты были обнаружены в образцах из трех разных партий чистых микроалмазов. Все алмазы были произведены методом высоких температур и давлений с использованием адамантана в качестве прекурсора», — пояснил Нелюбов.

Как отметил ученый, выявленные дефекты обладают набором из нескольких свойств. Так, вырабатываемое ими свечение обладает примерно в десять раз более узким спектром, чем сияние других типов дефектов в алмазах. Кроме того, ученые обнаружили, что созданные алмазы не только излучают свет в узком диапазоне, но и поглощают его тоже выборочно, причем каждый дефект ведет себя в этом отношении уникальным образом.

Это свойство, по словам Нелюбова, позволяет взаимодействовать и управлять каждым индивидуальным дефектом в толще алмаза, что делает подобные драгоценные камни особенно интересными объектами для создания сверхточных квантовых термометров, способных замерять температуры в разных точках пространства, а также многоканальных систем квантовой обработки данных.

Источник: https://nauka.tass.ru/nauka/17552685