Недавно ученые лаборатории кристаллогенезиса и экспериментальной минералогии Института минералогии и геологии им. В. С. Соболева СО РАН (Новосибирск) произвели искусственные алмазы, которые можно задействовать в реализации квантовых технологий. Официальное издание СО РАН «Наука в Сибири» сообщило, что новосибирские эксперты первыми установили условия затвердевания алмазов в расплавах 15 редкоземельных металлов. Итоги изысканий были обнародованы в журнале Scientific Reports.
Применение синтетических алмазов
Алмазы, которые недавно получили в лаборатории НИИ, признаются стратегическим материалом для электронной техники грядущих поколений. Кристаллы могут быть использованы в квантовых компьютерах в виде ячеек памяти и регистров. Также их могут применять в развивающихся источниках одиночных фотонов, что позволит в 1000 раз увеличить эффективность методик передачи сведений и улучшить системы шифрования квантов.
Что выяснили ученые
Чтобы синтезировать алмазы с редкими характеристиками, ученым необходимы новые катализаторы-растворители. Эксперты ИГМ СО РАН выяснили, что в качестве них могут выступать разнообразные редкоземельные металлы, которые для применения в этой области ранее не тестировались. Так, ученые определили, какие условия требуются для кристаллизации в расплавах лантаноидов, скандия и иттрия. Были установлены и приемлемые параметры синтеза алмаза монокристаллического.
Юрий Пальянов, доктор геолого-минералогических наук и заведующий лабораторией, сказал, что ученые сумели показать, что кристаллы могут принимать форму кубооктаэдров, октаэдров и даже более замысловатых полиэдров с большим числом граней и это зависит от состава металлов редкоземельных. При этом в искусственных алмазах нет примеси азота, которую также вбирают в себя расплавы металлов. «Мы установили, что редкоземельные металлы могут быть не только катализаторами синтеза алмаза, но и весьма действенными поглотителями азота», — заявил Пальянов.
Процесс исследования
Ученые проводили эксперименты на беспрессовых агрегатах высокого давления, которые разработал новосибирский институт. Для их реализации эксперты создали давление в 7,8 ГПа при температурном интервале от 1800 до 2000 °С. Новые катализаторы-растворители позволили ввести в конструкцию алмаза такие примеси, как олово, кремний, германий. Оптические центры, где есть атомы этих элементов, кристаллам придают исключительные качества, которые и делают возможным их применение в квантовых технологиях.