Цветные алмазы – испорчены, но с высоким потенциалом

Испорченные, но красочные алмазы находятся среди наиболее чувствительных датчиков магнитных полей, известных сегодня.

Они позволяют физикам исследовать крошечные магнитные поля в металлах, экзотических материалах и даже человеческих тканях.

Физик Дмитрий Бадкер из Калифорнийского университета в Беркли с коллегами из университета Негева в Бен-Гурионе продемонстрировали, что алмазные датчики способны измерять крошечные магнитные поля в высокотемпературных сверхпроводниках, обеспечивая тем самым новый инструмент для исследования этих весьма известных, но недостаточно понятных материалов.

«Алмазные датчики дадут нам возможность производить измерения, весьма полезные для понимания физики высокотемпературных сверхпроводников, которые, несмотря на то, что Нобелевскую премию за их открытие вручили еще в 1987 году, до сих пор плохо изучены», сказала профессор физики Бадкер.

Высокотемпературные сверхпроводники — экзотические смеси материалов, таких как иттрий или висмут, которые, будучи охлажденными до примерно 180 градусов по Фаренгейту выше абсолютного нуля (-280F)? утрачивают электрическое сопротивление, тогда как низкотемпературные сверхпроводники необходимо охладить до нескольких градусов выше абсолютного нуля. Еще 28 лет назад ученые предсказали появление сверхпроводников, которые будут проводить электричество без сопротивления при комнатной температуре. Использовать такие сверхпроводники можно для передачи электричества без потерь или в магнитно-левитируемых поездах.

До сих пор этого не случилось.

«Новое исследование может пролить свет на высокотемпературные сверхпроводники и помочь теоретикам распутать нерешенный вопрос», сообщил соавтор исследования Рон Фолман. „С помощью новых алмазных датчиков мы можем продвинуться вперед“.

Результаты опубликованы в издании Physical Review B.

Цветные алмазы, от желтого до фиолетового, ценятся тысячелетиями. Их цвет формируется вследствие пустот в углеродной структуре: некоторые углеродные атомы замещаются элементами, такими как бор, который излучает или поглощает свет определенного цвета.

Как только ученые научились изготавливать искусственные алмазы, было установлено, что можно выборочно изменять оптические свойства рукотворных камней за счет введения примесей. В эксперименте Бадкер, Фолман и их коллеги обстреливали искусственный алмаз атомами азота, чтобы выбить атомы углерода, оставив в некоторых местах пустоты, а в некоторых — атомы азота. Затем ученые нагрели кристалл, чтобы усилить движение отверстий, названных вакансиями, и спаривание их с атомами азота. В итоге были получены алмазы с так называемыми азотвакантными центрами. Для негативно заряженных центров объем света, который они повторно излучают после воздействия светом, становится весьма чувствительным к магнитным полям, что делает возможным их использование в качестве датчиков, считываемых методом лазерной спектроскопии.

Фолман отметил, что цветные центры в алмазах обладают уникальной способностью демонстрировать квантовое поведение, тогда как большая часть твердых тел при комнатной температуре этого не делает.

«Это весьма удивительно и отчасти объясняет высокий потенциал новых датчиков», заключил Фолман.