En forskargrupp från Fakulteten för fysik vid Lomonosov Moskva State University sträckte ut akikulära diamantkristalliter med hjälp av ett elektriskt fält. Deformation som uppstår under sträckningen orsakar förändringar i luminescensspektrumet. Denna effekt kan användas för att utveckla elektriska fältdetektorer och andra kvantoptiska enheter. Verket publicerades i Nano bokstäver .

Liknar andra kristaller, diamanter innehåller alltid strukturella defekter. Några av dem orsakar förändringar i färgning (ljusabsorption) eller luminescens och kallas färgcentra. Specifika egenskaper hos vissa typer av färgcentra i diamanter gör dem lämpliga för användning i kvantoptiska enheter såsom qubits som är baserade på intrassling av fotonernas kvanttillstånd. För att en diamant ska användas i sådana anordningar, avståndet mellan dess enskilda färgcentra bör vara cirka 30 nm.

Ett forskargrupp under ledning av Alexander Obraztsov, professor vid institutionen för polymer- och kristallfysik vid fysiska fakulteten, MSU, har rapporterat en metod för att massproducera diamantmikronålar i tidigare studier. Denna metod inkluderar tillväxt av diamantkristalliter som en bråkdel av filmerna som bildas genom kemisk ångavsättning av metan och väte. Efter det, allt reservmaterial avlägsnas från filmerna via uppvärmning i luften.

"I detta nya arbete, vi försökte lära oss så mycket som möjligt om diamantnålar som vi producerar, specifikt om deras färgcentra, "sade professor Obraztsov. För att förstå placeringen av färgcentra i provens struktur och ta reda på deras egenskaper, Ryska forskare vände sig till sina franska kollegor, som använde en unik metod för den erforderliga analysen. "Våra franska kollegor tillämpar den för att studera kemisk sammansättning och lokalisering av föroreningar i olika material, "förklarade Obraztsov.

Under mätningarna, diamantnålar fästes på en elektrod placerad i en högvakuumkammare. För att uppnå sträckningseffekten, högspänning applicerades på elektroden som orsakade elektrisk polarisering av den dielektriska diamanten, samt betydande mekanisk spänning som sträcker nålen. Sträckningen orsakade deformation av diamantens kristallstruktur.

Enligt författarna, detta leder till förändringar i enskilda färgcentra, också, och deras kvantoptiska egenskaper ändras tillsammans med strukturen. Före det, forskare kunde bara komprimera diamanter; detta är första gången som diamant har sträckts.

Under provsträckning, det bestrålades med en laser, och luminescens av färgcentra registrerades med en spektrometer. Experimentet visade förändringar av luminescensbandens form och energi beroende på sträckningskraften bestämd av den applicerade spänningen. Teamet tror att liknande diamantnålar kan användas för att skapa detektorer för kontaktfri mätning av elektriska fält med hög rumslig upplösning.

"Detektorer som denna kan användas inte bara för att mäta fälten som skapas av högspänning i högvakuum, men de som finns i biologiska molekyler (DNA, RNA, etc.). Mätning av sådana fält är en viktig vetenskaplig fråga idag, "sade Obraztsov. Diamantnålarnas dimensioner vid spetsen är på flera till flera hundra nanometer. Därför, enligt forskarna, mätningar skulle kunna göras med precision som motsvarar vissa molekylfragment.

Diamantmikronålar som producerats med hjälp av metoden som utvecklats av MSU-teamet skulle också kunna säkra kontaktfri optisk detektion av magnetfält, temperatur, och andra egenskaper med nano- och mikroskopisk rymdupplösning.