Une équipe de recherche de la Faculté de physique de l'Université d'État Lomonossov de Moscou a étiré des cristallites de diamant aciculaires à l'aide d'un champ électrique. La déformation se produisant lors de l'étirement provoque des changements dans le spectre de luminescence. Cet effet peut être utilisé pour développer des détecteurs de champ électrique et d'autres dispositifs d'optique quantique. L'ouvrage a été publié en Lettres nano .

Semblable à d'autres cristaux, les diamants contiennent toujours des défauts structurels. Certains d'entre eux provoquent des changements de coloration (absorption de la lumière) ou de luminescence et sont appelés centres de couleur. Les caractéristiques spécifiques de certains types de centres de couleur dans les diamants les rendent adaptés à une utilisation dans des dispositifs d'optique quantique tels que les qubits qui sont basés sur l'intrication des états quantiques des photons. Pour qu'un diamant soit utilisé dans de tels appareils, la distance entre ses centres de couleur individuels doit être d'environ 30 nm.

Une équipe de recherche dirigée par Alexander Obraztsov, professeur du Département de physique des polymères et cristaux de la Faculté de physique, MSU, a rapporté une méthode pour produire en masse des micro-aiguilles en diamant dans des études précédentes. Ce procédé comprend la croissance de cristallites de diamant en tant que fraction des films formés par dépôt chimique en phase vapeur de méthane et d'hydrogène. Après ça, tous les matériaux de rechange sont retirés des films par chauffage à l'air.

« Dans cette nouvelle œuvre, nous avons essayé d'en apprendre le plus possible sur les aiguilles diamantées que nous produisons, spécifiquement sur leurs centres de couleur, " a déclaré le professeur Obraztsov. Afin de comprendre l'emplacement des centres de couleur dans la structure des échantillons et de connaître leurs propriétés, Les scientifiques russes se sont tournés vers leurs collègues français, qui a utilisé une méthodologie unique pour l'analyse requise. "Nos collègues français l'appliquent pour étudier la composition chimique et la localisation des impuretés dans différents matériaux, " a expliqué Obraztsov.

Lors des mesures, des aiguilles de diamant ont été fixées à une électrode placée dans une chambre à vide poussé. Pour obtenir l'effet d'étirement, une haute tension a été appliquée à l'électrode provoquant une polarisation électrique du diamant diélectrique, ainsi qu'une contrainte mécanique considérable étirant l'aiguille. L'étirement a provoqué une déformation de la structure cristalline du diamant.

Selon les auteurs, cela conduit à des changements dans les centres de couleur individuels, également, et leurs propriétés optiques quantiques sont modifiées avec la structure. Avant ça, les scientifiques n'étaient capables que de compresser des diamants; c'est la première fois que le diamant est étiré.

Pendant l'étirement de l'échantillon, il a été irradié avec un laser, et la luminescence des centres de couleur a été enregistrée avec un spectromètre. L'expérience a montré des changements de forme et d'énergie des bandes de luminescence en fonction de la force d'étirement déterminée par la tension appliquée. L'équipe pense que des aiguilles en diamant similaires pourraient être utilisées pour créer des détecteurs pour la mesure sans contact des champs électriques avec une résolution spatiale élevée.

"Des détecteurs comme celui-ci pourraient être utilisés non seulement pour mesurer les champs créés par la haute tension dans un vide poussé, mais celles existant dans les molécules biologiques (ADN, ARN, etc.). La mesure de tels champs est aujourd'hui un enjeu scientifique important, " a déclaré Obraztsov. Les dimensions des aiguilles de diamant à leur sommet sont de plusieurs à plusieurs centaines de nanomètres. Par conséquent, selon les scientifiques, les mesures pourraient être faites avec une précision qui correspond à certains fragments de molécules.

Les micro-aiguilles en diamant produites avec l'utilisation de la méthode développée par l'équipe MSU seraient également capables de sécuriser la détection optique sans contact des champs magnétiques, Température, et d'autres caractéristiques avec une résolution spatiale nano- et microscopique.