Чипи з алмазів: учені змогли виростити дорогоцінні кристали для електроніки

Дослідники Ульсанського національного інституту науки і технологій (UNIST) у Південній Кореї розробила новий підхід до виробництва алмазів у лабораторії без високого тиску. На їхню думку, це допоможе синтезувати кристали, які знайдуть широке застосування в оптиці та сучасній електроніці, пише Interesting Engineering.

Дослідження все ще перебуває на ранній стадії. Проте це відкриває шлях до виробництва тонких плівок з алмазів, які в майбутньому можна буде використовувати в квантових комп'ютерах, магнітних датчиках, потужних електричних пристроях, детекторах радіації та лазерах.

Новий метод команди UNIST дає змогу вирощувати алмази в умовах нормального атмосферного тиску. Ще кілька років тому вчені переконалися, що для синтезу алмазів високий тиск зовсім не потрібен. Дослідження 2017 року показало, що рідкий галій розчиняє атоми вуглецю і зв'язує їх у твердий листовий графен під впливом газоподібного метану. Вчені вирішили, що за правильних умов цей процес також може призвести до утворення алмазів, і почали його розробку.

Спочатку додавали краплі розплавленого галію та інших металів, піддаючи суміш впливу газів, пов'язаних із вуглецем. Коли крапля розплавленого галію випадково пролилася на шар чистого кремнію і розчинила його, дослідники виявили в затверділому металі колекцію крихітних кристалів алмазу.

Подальші удосконалення призвели до створення "рецепта", в якому суміш рідких галію, кремнію, заліза і нікелю, нагріта в невеликому тиглі до 1025 градусів за Цельсієм і піддана впливу газів метану і водню, утворює пірамідальну структуру, властиву для діамантів.

У більш ранніх експериментах дослідники використовували велику камеру, що отримала назву RSR-A, з внутрішнім об'ємом 100 л. Для ефективного впливу газів метану і водню команді довелося спочатку викачати з камери повітря, потім заповнити її інертним газом, а потім знову викачати все до рівня вакууму, перш ніж закачувати суміш газів і встановлювати необхідну температуру.

Через великий об'єм камери на виконання цих дій пішло близько трьох годин, перш ніж можна було навіть спробувати провести експеримент. Потім виникла ідея зменшити об'єм камери, щоб прискорити ці процеси, і тоді побудували нову камеру RSR-S із внутрішнім об'ємом трохи більше ніж 9 л; тепер процес виготовлення кристалів триває лише за 15 хвилин.

Раніше писали, що алмази здатні зробити гаджети в 10 разів ефективнішими, а зарядку — в 5 разів швидшою. Алмазні наномембрани зможуть ефективно відводити тепло від електроніки, що позитивно вплине на швидкість заряду і продовжить термін служби.