Материалы портала «Научная Россия»

0 комментариев 406

Слои с квантовыми свойствами в CVD алмазах

Слои с квантовыми свойствами в CVD алмазах
В ИПФ РАН разработана технология создания локализованных ансамблей NV центров (комплексов «азот-вакансия») на заданной глубине с нанометровой точностью в искусственных алмазах, получаемых в процессе CVD-синтеза. 

В Институте прикладной физики РАН разработана технология создания локализованных ансамблей NV центров (комплексов «азот-вакансия») на заданной глубине с нанометровой точностью в искусственных алмазах, получаемых в процессе CVD-синтеза. Технология предназначена для приложений в области квантовых компьютеров и квантовой связи, а также для создания сверхчувствительных датчиков магнитных полей.

В настоящее время прямое использование квантовых эффектов всё глубже проникает в наш мир. Квантовая криптография используется для создания защищенных от прослушивания каналов связи, квантовые сенсоры магнитных и электрических полей способны с высокой чувствительностью разрешать поля на масштабах, соразмеримых с размерами атомов, а также работать непосредственно внутри живой клетки, квантовые компьютеры потенциально могут намного превзойти классические в целом ряде вычислительных задач. Одним из перспективных «кирпичиков» для построения такого рода систем является так называемый NV центр окраски в алмазе, представляющий собой замещающий атом азота в кристаллической решетке алмаза, с расположенной рядом вакансией (комплекс «азот-вакансия»). NV центр обладает квантовыми свойствами, близкими к свойствам одиночного атома, но в отличие от обычного атома, свободно движущегося в пространстве, зафиксирован внутри кристаллической решетки алмаза, что в совокупности с его уникальными квантовыми свойствами (возможность «записи» и «чтения» спинового состояния при помощи оптического излучения, магнитного, электрического и СВЧ полей) обеспечивает удобство его применения для таких задач.

Для создания NV центров в алмазе часто используется ионная имплантация – алмаз облучается разогнанными до высоких скоростей ионами азота, которые проникают внутрь кристаллической решетки и образуют там NV центры. Однако этот метод является довольно грубым – проникающие в алмаз атомы создают нарушения кристаллической решетки, ухудшающие свойства NV центров, кроме того при таком методе сложно контролировать глубину создаваемого слоя, а сам слой получается достаточно толстым.

В ИПФ РАН уже давно исследуется CVD метод синтеза алмаза (осаждение из газовой фазы), который позволяет выращивать монокристаллические алмазы высокого кристаллического совершенства с низким содержанием посторонних примесей и вводить необходимую концентрацию примесей в алмаз в процессе его роста. Недавно в разработанном в ИПФ РАН новом CVD реакторе, в котором реализовано быстрое (порядка нескольких секунд) изменение состава газовой смеси за счет формирования в реакторе ламинарных потоков газа без вихрей и застойных зон, была разработана технология роста сверхтонких легированных слоёв при помощи включения подачи легирующей примеси на короткое время. С использованием этой технологии были сформированы тонкие, толщиной всего 3 нанометра, легированные слои алмаза, так называемые дельта-слои. Образующиеся в таком дельта-слое NV центры обладают хорошими квантовыми свойствами и с высочайшей точностью локализованы в пространстве. Дополнительное облучение выбранных областей электронами с энергией 200 кэВ приводит к образованию дополнительных вакансий, в результате после отжига концентрация NV центров возрастает в 20 раз.

Разработанная технология контролируемого создания NV центров в CVD алмазе представляет интерес для целого ряда приложений в области квантовой связи и квантовой информации, а также для создания сверхчувствительных сенсоров магнитных и электрических полей.

Авторский коллектив: А. Горбачев, М. Лобаев, С. Богданов, А. Вихарев, Д. Радищев, С. Гусев, С. Большедворский (ИПФ РАН, ФИАН

cvd алмазы алмазы институт прикладной физики ран ипф ран искусственные алмазы ран

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий

Информация предоставлена Информационным агентством "Научная Россия". Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.