Разработка станет основополагающих для создания и модернизирования устройств квантового детектирования
Новый метод улучшения адгезии алмаза предложила группа ученых из Сколтеха, Физического института им. П. Н. Лебедева РАН и других ведущих научных организаций. В работе над исследованием также приняли участие ученые Юлия Бондарева, Федор Федоров, Александр Егоров и Никита Мацокин. Работа опубликована в журнале Journal of Alloys and Compounds.
Алмазы известны не только своей привлекательной формой и прозрачностью, но и рядом физико-механических свойств: высокой твердостью, теплопроводностью, большим показателем преломления. Чтобы применять алмазы в оптике, электронике и электрохимии, их подвергают металлизации – наносят на матрицу алмаза тонкий слой переходного металла. Чтобы улучшить связь между алмазом и переходным металлом, ученые провели исследования, где адгезия алмаза была увеличена за счет пленки карбида ниобия.
На сегодняшний день у алмаза есть два ограничения, связанные с синтезом больших пластин и его металлизацией. Как рассказали ученые, в большинстве случаев металлизации алмаза, большинство контактов на нем не держится.
«Когда мы работали над детекторами для ионизирующего излучения и наносили золото и другие материалы, адгезия контактов к алмазу была очень плохой. В тот момент мы задались вопросом, как можно улучшить адгезию контактов к алмазу», – объяснил соавтор исследования и старший преподаватель в Центре технологий материалов Сколтеха Станислав Евлашин.
Один из наиболее эффективных способов металлизации алмазов – его спекание с такими металлами, как титан, хром, кремний, тантал, цирконий и другими. При их взаимодействии с углеродом формируется слой карбида металла.
«Мы попытались сделать сверхпроводник на поверхности алмаза и пришли к тому, что если на нее наносить ниобий, а потом его отжигать и получать карбид ниобия, то при отжиге происходит химическая реакция с поверхностью», – продолжил Станислав Евлашин.
Авторы исследования остановили свой выбор на ниобии из-за его способности образовывать химически стабильные пленки карбидов ниобия на поверхности алмаза, которые отличаются хорошей сверхпроводимостью, высокой температурой плавления и механической прочностью.
«Теоретические расчеты постоянной решетки карбида ниобия в зависимости от концентрации дефектов по углероду показали, что использованный способ синтеза карбида ниобия на алмазе позволяет получать карбид ниобия высокого качества, с параметром решетки, близкой к бездефектному материалу», – пояснил соавтор исследования и профессор Проектного центра по энергопереходу Александр Квашнин.
Расчеты сверхпроводящих характеристик карбида ниобия показали сверхпроводящий переход при температуре 19.4 K, что оказалось близким к экспериментально измеренному значению. Квашнин добавил, что полученный результат также говорит о высоком качестве экспериментально полученной пленки.
«Стоит отметить, что низкая концентрация дефектов в полученном карбиде ниобия приводит к достаточно высоким значениям электронной диффузии, в сравнении с другими сплавами на основе ниобия», – добавила соавтор исследования и научный сотрудник Московского педагогического государственного университета Анна Колбатова.
Исследователи пришли к выводу, что полученный карбид ниобия обладает свойством сверхпроводимости. Если наносить эту пленку на поверхность алмаза, то за счет высокой теплопроводности можно делать сверхчувствительные детекторы. Обнаруживать сигналы поможет высокий теплоотвод в алмазе – он происходит намного быстрее, чем в других материалах. А это совместно с наблюдаемыми сверхпроводящими характеристиками представляет практический интерес для устройств квантового детектирования
Ранее российские ученые научились предсказывать траекторию опасных для землян выбросов плазмы. Направление выбросов массы в трехмерном пространстве удалось воссоздать на основании снимков Солнца в ультрафиолете.