Fysikere spænder diamant ved hjælp af et elektrisk felt

Et forskerhold fra Fakultet for Fysik ved Lomonosov Moskva Statsuniversitet strakte acikulære diamantkrystallitter ved hjælp af et elektrisk felt. Deformation, der opstår under strækningen, forårsager ændringer i luminescensspektret. Denne effekt kan bruges til at udvikle elektriske feltdetektorer og andre kvanteoptiske enheder. Værket blev offentliggjort i Nano bogstaver .

Ligesom andre krystaller, diamanter indeholder altid strukturelle defekter. Nogle af dem forårsager ændringer i farve (lysabsorbering) eller luminescens og kaldes farvecentre. Specifikke egenskaber ved nogle typer farvecentre i diamanter gør dem velegnede til brug i kvanteoptiske anordninger såsom qubits, der er baseret på sammenfiltring af fotonernes kvantetilstande. For at en diamant kan bruges i sådanne anordninger, afstanden mellem dens individuelle farvecentre skal være omkring 30 nm.

Et forskerhold ledet af Alexander Obraztsov, professor ved Institut for Polymer og Krystalfysik ved Det Fysiske Fakultet, MSU, har rapporteret en metode til masseproduktion af diamantmikronåle i tidligere undersøgelser. Denne metode inkluderer væksten af ​​diamantkrystallitter som en brøkdel af filmene dannet ved kemisk dampaflejring af methan og hydrogen. Efter det, alle reservedele fjernes fra filmene via opvarmning i luften.

"I dette nye værk, vi forsøgte at lære så meget som muligt om diamantnåle, som vi producerer, specifikt om deres farvecentre, "sagde professor Obraztsov. For at forstå placeringen af ​​farvecentre i strukturen af ​​prøverne og for at finde ud af deres egenskaber, Russiske forskere henvendte sig til deres franske kolleger, der brugte en unik metode til den krævede analyse. "Vores franske kolleger anvender det til at undersøge kemisk sammensætning og placering af urenheder i forskellige materialer, "forklarede Obraztsov.

Under målingerne diamantnåle blev fastgjort til en elektrode anbragt i et højvakuumkammer. For at opnå strækningseffekten, højspænding blev påført elektroden, hvilket forårsagede elektrisk polarisering af den dielektriske diamant, samt betydelig mekanisk belastning, der strækker nålen. Strækningen forårsagede deformation af diamants krystalstruktur.

Ifølge forfatterne, dette fører til ændringer i de enkelte farvecentre, såvel, og deres kvanteoptiske egenskaber ændres sammen med strukturen. Inden da, forskere var kun i stand til at komprimere diamanter; det er første gang, at diamant er blevet strakt.

Under prøveudstrækning, det blev bestrålet med en laser, og luminescens af farvecentrene blev registreret med et spektrometer. Eksperimentet viste ændringer i form og energi af luminescensbåndene afhængigt af strækningskraften bestemt af den påførte spænding. Teamet mener, at lignende diamantnåle kan bruges til at skabe detektorer til kontaktfri måling af elektriske felter med høj rumlig opløsning.

"Detektorer som denne kunne ikke kun bruges til at måle felterne, der er skabt af højspænding i højt vakuum, men dem, der findes i biologiske molekyler (DNA, RNA, etc.). Måling af sådanne felter er et vigtigt videnskabeligt spørgsmål i dag, "sagde Obraztsov. Dimensionerne på diamantnåle ved deres spids er på flere til flere hundrede nanometer. Derfor er ifølge forskerne, målinger kunne foretages med præcision, der svarer til visse molekylfragmenter.

Diamantmikronåle fremstillet ved brug af metoden udviklet af MSU-teamet ville også være i stand til at sikre kontaktfri optisk detektion af magnetfelter, temperatur, og andre egenskaber med nano- og mikroskopisk rumlig opløsning.