Чипы из алмазов: ученые смогли вырастить драгоценные кристаллы для электроники

Исследователи Ульсанского национального института науки и технологий (UNIST) в Южной Корее разработала новый подход к производству алмазов в лаборатории без высокого давления. По их мнению, это поможет синтезировать кристаллы, которые найдут широкое применение в оптике и современной электронике, пишет Interesting Engineering.

Исследование все еще находится на ранней стадии. Тем не менее это открывает путь к производству тонких пленок из алмазов, которые в будущем можно будет использовать в квантовых компьютерах, магнитных датчиках, мощных электрических устройствах, детекторах радиации и лазерах.

Новый метод команды UNIST позволяет выращивать алмазы в условиях нормального атмосферного давления. Еще несколько лет назад ученые убедились, что для синтеза алмазов высокое давление вовсе не нужно. Исследование 2017 года показало, что жидкий галлий растворяет атомы углерода и связывает их в твердый листовой графен под воздействием газообразного метана. Ученые решили, что при правильных условиях этот процесс также может привести к образованию алмазов, и начали его разработку.

Сначала добавляли капли расплавленного галлия и других металлов, подвергая смесь воздействию газов, связанных с углеродом. Когда капля расплавленного галлия случайно пролилась на слой чистого кремния и растворила его, исследователи обнаружили в затвердевшем металле коллекцию крошечных кристаллов алмаза.

Дальнейшие усовершенствования привели к созданию "рецепта", в котором смесь жидких галлия, кремния, железа и никеля, нагретая в небольшом тигле до 1025 градусов по Цельсию и подвергнутая воздействию газов метана и водорода, образует пирамидальную структуру, свойственную для бриллиантов.

В более ранних экспериментах исследователи использовали большую камеру, получившую название RSR-A, с внутренним объемом 100 л. Для эффективного воздействия газов метана и водорода команде пришлось сначала выкачать из камеры воздух, затем заполнить ее инертным газом, а затем снова выкачать все до уровня вакуума, прежде чем закачивать смесь газов и устанавливать необходимую температуру.

Из-за большого объема камеры на выполнение этих действий ушло около трех часов, прежде чем можно было даже попытаться провести эксперимент. Затем возникла идея уменьшить объем камеры, чтобы ускорить эти процессы, и тогда построили новую камеру RSR-S с внутренним объемом чуть более 9 л; теперь процесс изготовления кристаллов занимает всего за 15 минут.

Ранее писали, что алмазы способны сделать гаджеты в 10 раз эффективнее, а зарядку — в 5 раз быстрее. Алмазные наномембраны смогут эффективно отводить тепло от электроники, что позитивно повлияет на скорость заряда и продлит срок службы.