Een onderzoeksteam van de Faculteit Natuurkunde van de Lomonosov Moscow State University heeft naaldvormige diamantkristallieten uitgerekt met behulp van een elektrisch veld. Vervorming die optreedt tijdens het uitrekken veroorzaakt veranderingen in het luminescentiespectrum. Dit effect kan worden gebruikt om elektrische velddetectoren en andere kwantumoptische apparaten te ontwikkelen. Het werk is gepubliceerd in Nano-letters .

Net als bij andere kristallen, diamanten bevatten altijd structurele gebreken. Sommige veroorzaken veranderingen in kleur (lichtabsorptie) of luminescentie en worden kleurcentra genoemd. Specifieke kenmerken van sommige soorten kleurcentra in diamanten maken ze geschikt voor gebruik in kwantumoptische apparaten zoals qubits die zijn gebaseerd op verstrengeling van de kwantumtoestanden van fotonen. Om een ​​diamant in dergelijke apparaten te gebruiken, de afstand tussen de afzonderlijke kleurcentra moet ongeveer 30 nm zijn.

Een onderzoeksteam onder leiding van Alexander Obraztsov, hoogleraar bij de vakgroep Polymeer- en Kristalfysica van de Faculteit der Natuurkunde, MSU, heeft in eerdere studies een methode gerapporteerd om diamantmicronaalden in massa te produceren. Deze methode omvat de groei van diamantkristallieten als een fractie van de films gevormd door chemische dampafzetting van methaan en waterstof. Daarna, alle reservematerialen worden via verwarming in de lucht uit de folies verwijderd.

"In dit nieuwe werk we hebben geprobeerd zoveel mogelijk te leren over diamantnaalden die we produceren, specifiek over hun kleurcentra, " zei professor Obraztsov. Om de locatie van kleurcentra in de structuur van de monsters te begrijpen en hun eigenschappen te achterhalen, Russische wetenschappers wendden zich tot hun Franse collega's, die een unieke methodiek gebruikten voor de benodigde analyse. "Onze Franse collega's passen het toe om de chemische samenstelling en locatie van onzuiverheden in verschillende materialen te bestuderen, " legde Obraztsov uit.

Tijdens de metingen, diamantnaalden werden bevestigd aan een elektrode die in een hoogvacuümkamer was geplaatst. Om het uitrekkende effect te bereiken, hoogspanning werd toegepast op de elektrode, waardoor elektrische polarisatie van de diëlektrische diamant werd veroorzaakt, evenals aanzienlijke mechanische spanning die de naald uitrekt. Het uitrekken veroorzaakte vervorming van de kristalstructuur van diamant.

Volgens de auteurs is dit leidt tot veranderingen in individuele kleurcentra, ook, en hun kwantumoptische eigenschappen worden samen met de structuur gewijzigd. Daarvoor, wetenschappers konden alleen diamanten comprimeren; dit is de eerste keer dat diamant is uitgerekt.

Tijdens het uitrekken van het monster, het werd bestraald met een laser, en luminescentie van de kleurcentra werd geregistreerd met een spectrometer. Het experiment toonde veranderingen van vorm en energie van de luminescentiebanden, afhankelijk van de rekkracht bepaald door de aangelegde spanning. Het team is van mening dat vergelijkbare diamantnaalden kunnen worden gebruikt om detectoren te maken voor contactloze metingen van elektrische velden met een hoge ruimtelijke resolutie.

"Detectors zoals deze kunnen niet alleen worden gebruikt om de velden te meten die worden gecreëerd door hoogspanning in hoog vacuüm, maar die in biologische moleculen (DNA, RNA, enzovoort.). Het meten van dergelijke velden is tegenwoordig een belangrijke wetenschappelijke kwestie, " zei Obraztsov. De afmetingen van diamanten naalden aan hun top zijn van enkele tot enkele honderden nanometers. Daarom, volgens de wetenschappers metingen konden worden gedaan met precisie die overeenkomt met bepaalde molecuulfragmenten.

Diamant-micronaalden die zijn geproduceerd met behulp van de methode die is ontwikkeld door het MSU-team, zouden ook in staat zijn om contactloze optische detectie van magnetische velden te garanderen, temperatuur, en andere kenmerken met nano- en microscopische ruimtelijke resolutie.