В МГУ сделали "иголки" и "нитки" из алмазов

Физики из МГУ получили нитевидные алмазы, затем в соавторстве с коллегами из других российских и зарубежных научных центров изучили их люминесцентные и электронно-эмиссионные свойства. Соответствующие статьи были опубликованы в журналах Journal of Luminescence, Nanotechnology, Scientific Reports.  

В новых публикациях было показано, какие из этих алмазов лучше всего подходят для интеграции в особо эффективные осветительные системы промышленного и лабораторного назначения. Учёные отмечают, что, по всей видимости, они впервые реализовали истинно алмазный автоэмиссионный (или холодный) катод. Такую систему в разных странах мира пытались создать два последних десятилетия. Холодными катодами называют излучатели свободных электронов, необходимые в ряде ситуаций в микроэлектронике — например, при создании некоторых разновидностей плоских экранов дисплеев. Углеродные (алмазные) катоды — одни из наиболее перспективных, поскольку имеют существенно больший ресурс, чем другие типы катодов.

Люминесцентные свойства игольчатых кристаллов алмаза могут найти применение в сенсорах различных типов, квантово-оптических устройствах, для создания элементной базы квантовых компьютеров и в других областях науки и техники.

Алмазные кристаллы иглоподобной или нитевидной формы долгое время было крайне трудно получить. Можно индивидуально шлифовать их вручную, но это дело буквально ювелирной точности и сложности. Литографические и ионно-пучковые технологии позволяют "выпилить" малоразмерную нить из большого кристалла. Но большая часть исходного кристалла уходит в отходы, да и сами методы недешёвые. В группе Александра Образцова (МГУ) несколько лет назад была предложена иная технология, пригодная для массового производства микрометровых алмазов-игл и нитей.

Суть метода проста. При изготовлении обычных алмазных поликристаллических плёнок обычно стремятся обеспечить условия, при которых составляющие их кристаллиты (малые кристаллы) столбчатой формы тесно примыкают друг к другу, формируя плотную однородную структуру. Однако иногда плёнки выходили "плохими", состояли из отдельных, не соприкасающихся друг с другом, кристалликов. В МГУ предложили нагревать такие плёнки в воздушной среде до определённой температуры. Тогда часть материала плёнки окисляется, превращаясь в газ.

Но температура окисления зависит от характеристик углеродного материала, и для алмазных кристаллитов она максимальна. Весь углерод, кроме самих алмазных кристаллитов, при такой простой процедуре превращается в газ. Остаются лишь отдельные микроалмазы в виде иглоподобных или нитевидных образований геометрически правильной формы.

Такие кристаллиты могут использоваться, например, в качестве режущих элементов с высокой твёрдостью. Из них делают режущий инструмент для сверхточной обработки, зонды для сканирующих микроскопов и многое другое. В настоящее время зонды по этой технологии делаются как иностранными компаниями, так и отечественными.