Учёные превратили алмазную пыль в квантовые сенсоры

Физические свойства алмаза — высокая твёрдость, теплопроводность и химическая стойкость — делают его ценным материалом не только в ювелирной сфере, но и в промышленности и науке.

Особый интерес представляют так называемые NV-центры — дефекты кристаллической решётки, возникающие, когда атом углерода заменяется атомом азота, а соседний атом отсутствует, образуя вакансию.

Принцип работы квантовых алмазных сенсоров

При воздействии зелёного света NV-центры начинают светиться красным, а интенсивность свечения зависит от внешних условий: магнитного поля, температуры, давления и механического напряжения.

Благодаря этому такие структуры могут использоваться как наноразмерные датчики, способные фиксировать даже слабые магнитные сигналы отдельных молекул.

Проблемы и новое решение

Основная сложность заключается в высокой стоимости и дефиците монокристаллических алмазов, а также в необходимости формировать NV-центры близко к поверхности материала.

Группа учёных из Австралии и Японии предложила использовать алмазную пыль — промышленный отход, который можно переработать в наноматериал с квантовыми свойствами.

Метод предполагает облучение материала для создания вакансий и последующий нагрев, при котором атомы перестраиваются и формируют NV-центры.

Перспективы технологии

Квантовые сенсоры на основе таких нанoалмазов способны работать при комнатной температуре, в отличие от многих аналогов, требующих криогенного охлаждения. Это открывает возможности для создания портативных приборов: от анализа воды и поиска биомаркеров заболеваний до навигационных систем и мониторинга химических процессов в реальном времени.

В дальнейшем исследователи планируют улучшить контроль и воспроизводимость технологии, чтобы вывести её на промышленный уровень.

Больше новостей и эксклюзивных видео смотрите в канале Самара Онлайн 24 в MAX.