Физики МГУ имени М.В. Ломоносова получили кристаллы алмаза в форме геометрически правильных пирамид микрометрового размера и в соавторстве с коллегами из других российских и зарубежных научных центров изучили их люминесцентные и электронно-эмиссионные свойства. Результаты этих исследований были представлены в серии статей, недавно опубликованных в журналах Journal of Luminescence, Nanotechnology и Scientific Reports. Исследования выполнены при поддержке Российского научного фонда.

Авторы работы предложили технологию, с помощью которой возможно массовое производство небольших по размеру кристаллов (или кристаллитов) алмаза иглоподобной и нитеобразной формы.

«Суть предложенного метода состоит в использовании хорошо известной закономерности, определяющей формирование поликристаллических пленок из кристаллитов вытянутой («столбчатой») формы. Из таких кристаллитов, например, часто состоит лед на поверхности озер, что можно увидеть при его таянии», — комментирует главный автор исследований, профессор кафедры физики полимеров и кристаллов физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, доктор физико-математических наук Александр Образцов.

Примеры алмазных кристаллитов различной формы, получаемых с помощью технологии, разработанной в МГУ. Александр Образцов/МГУ имени М.В. Ломоносова

Исследователи из МГУ показали, что считавшиеся ранее «плохими» алмазные пленки, состоящие из отдельных не соприкасающихся друг с другом кристаллитов, могут использоваться для изготовления алмаза в виде иглоподобных или нитевидных образований геометрически правильной пирамидальной формы. Для этого необходимо нагреть такие пленки до определенной температуры на воздухе (или в другой кислородсодержащей среде). При нагреве часть материала пленки окисляется, превращаясь в газ. Поскольку температура окисления зависит от характеристик углеродного материала и для алмазных кристаллитов она максимальна, то удается так подобрать эту температуру, чтобы превратить в газ весь материал, кроме самих алмазных кристаллитов.

Такие кристаллиты могут использоваться, например, в качестве элементов с высокой твердостью: режущих инструментов для сверхточной обработки, индентеров или зондов для сканирующих микроскопов. Люминесцентные свойства игольчатых кристаллов алмаза могут найти применение в сенсорах различных типов, квантово-оптических устройствах, могут использоваться для создания элементной базы квантовых компьютеров и в других областях науки и техники.