Алмазную пыль смогли превратить в квантовые сенсоры

Физики из Австралии и Японии предложили более доступный способ получения наноалмазов с заданными квантовыми свойствами. Вместо дорогих монокристаллов они использовали алмазную пыль, образующуюся как отход промышленных процессов, сообщает CSIRO.

Алмаз ценится не только в ювелирном деле. Его твердость, высокая теплопроводность и химическая стойкость делают этот материал востребованным в промышленности. Кроме того, у него есть свойства, важные для квантовых технологий.

Кристаллическая решетка алмаза состоит из атомов углерода, но в ней могут возникать точечные дефекты. Один из наиболее известных таких дефектов — азотно-вакансионный центр. Он образуется, когда атом углерода заменяется атомом азота, а рядом появляется отсутствующее место в решетке — вакансия.

При воздействии зеленого света такие центры начинают светиться красным. Яркость свечения меняется в зависимости от внешних условий, включая магнитное поле, температуру, давление и механическое напряжение.

Благодаря этому азотно-вакансионные центры можно использовать как наноразмерные датчики. Они способны считывать очень слабые магнитные сигналы, в том числе от отдельных молекул.

Главная сложность заключается в том, что создание таких «квантовых» алмазов остается дорогим и технически непростым. Обычно для этого нужны высококачественные монокристаллические алмазы, которые являются дефицитным материалом.

Кроме того, азотно-вакансионные центры необходимо формировать близко к поверхности алмаза. Только в этом случае они могут эффективно фиксировать внешние сигналы. Добиться нужного расположения таких центров непросто.

Новый подход основан на использовании алмазной пыли. Ученые облучают материал, чтобы выбить часть атомов углерода и создать вакансии. Затем алмаз нагревают, благодаря чему вакансии перемещаются к атомам азота и формируют азотно-вакансионные центры.

Одной из главных задач остается контроль процесса. Исследователям важно добиться, чтобы такие центры располагались у поверхности наночастиц, а не глубоко внутри них.

Поверхность наноалмазов также влияет на работу будущего датчика. От ее состояния зависят стабильность, яркость свечения и чувствительность сенсора.

Японские специалисты предоставили доступ к квантовым пучковым установкам и облучательным мощностям, которых нет в Австралии. Австралийские участники проекта внесли опыт в области наноматериалов, поверхностной химии и квантового сенсорного анализа.

Конечной целью работы названо создание самостоятельного австралийского технологического процесса. Он должен позволить получать такие материалы без зависимости от международных цепочек поставок.

У квантовых датчиков на основе алмазных азотно-вакансионных центров есть важное преимущество: они могут работать при комнатной температуре. Многие другие квантовые системы требуют охлаждения до очень низких температур.

Такие свойства делают наноалмазные сенсоры перспективными для переносных приборов. Среди возможных областей применения называют обнаружение вредных примесей в воде, раннее выявление биомаркеров заболеваний, наблюдение за химическими процессами в реальном времени, навигационные системы без зависимости от GPS и задачи безопасности.

На следующем этапе исследователи намерены улучшить воспроизводимость технологии и контроль параметров системы. Особое внимание будет уделено расположению азотно-вакансионных центров у поверхности и обработке наноалмазов для повышения стабильности и чувствительности.

Рекомендуем также:

1. Беру пачку творога и через 20 минут подаю ленивые вареники: быстрый рецепт с соусом из сгущёнки и клубники
2. Капустники, которые всегда получаются: хрустящие снаружи и нежные внутри — главное правило пяти минут
3. Идеальный кустарник для дачи: живёт до 30 лет, сохраняет бордовый цвет весь сезон и выдерживает любые морозы
4. Зачем солить воду в унитазе: простой бытовой секрет, который стоит запомнить раз и навсегда
5. Наследство могут отменить: в каких случаях нотариус аннулирует уже выданные свидетельства о праве на наследство