Timanttipuolijohteista löydettiin uusia ominaisuuksia

Timantti on noussut poikkeukselliseksi materiaaliksi tehoelektroniikassa ja seuraavan sukupolven kvanttioptiikassa.

Timantti voidaan suunnitella johtamaan sähköä yhtä hyvin kuin metalli lisäämällä siihen epäpuhtauksia, kuten booria.

Case Western Reserve -yliopiston ja Illinoisin Urbana-Champaignin yliopiston tutkijat ovat nyt löytäneet toisen mielenkiintoisen ominaisuuden boorilla lisätyistä timanteista, jotka tunnetaan nimellä booriseostetut timantit.

Heidän löydöksensä voisivat tasoittaa tietä uudentyyppisille biolääketieteellisille ja kvanttioptisille laitteille - nopeammille, tehokkaammille ja kykenevämpiä käsittelemään informaatiota tavoilla, joita klassiset tekniikat eivät pysty.

Tutkijat havaitsivat, että boorilla seostetuissa timanteissa on plasmoneja – elektronien aaltoja, jotka liikkuvat valon osuessa niihin – mikä mahdollistaa sähkökenttien hallinnan ja tehostamisen nanometrin mittakaavassa. Tämä on tärkeää uudenlaisille biosensoreille, nanomittakaavan optisille laitteille sekä aurinkokennojen ja kvanttilaitteiden parantamiselle.

Aiemmin boorilla seostettujen timanttien tiedettiin johtavan sähköä ja niistä tulee suprajohtimia, mutta niistä ei aiemmin löydetty plasmonisia ominaisuuksia. Toisin kuin metallit tai jopa muut seostetut puolijohteet, booriseostetut timantit pysyvät optisesti kirkkaina.

"Timantti loistaa edelleen", sanoi Giuseppe Strangi, Case Western Reserven fysiikan professori, "sekä kirjaimellisesti että tieteellisten ja teknologisten innovaatioiden majakana. Kun astumme pidemmälle kvanttilaskennan ja -viestinnän aikakauteen, tällaiset löydöt tuovat meille lähemmäksi materiaalien täyden potentiaalin hyödyntämistä niiden perustavimmalla tasolla."

"Ymmärtäminen, kuinka doping vaikuttaa puolijohteiden, kuten timantin, optiseen vasteeseen muuttaa ymmärrystämme näistä materiaaleista", sanoi Mohan Sankaran, professori Illinois Grainger College of Engineeringistä.

Hiilen läpinäkyvistä kiteistä koostuvat timantit voidaan syntetisoida pienillä määrillä booria. Boori sisältää yhden elektronin vähemmän kuin hiili, joten se voi vastaanottaa elektroneja. Boori olennaisesti avaa materiaaliin jaksollisen elektronisen "aukon", joka lisää materiaalin kykyä johtaa virtaa. Boorilla seostettu timanttihila pysyy läpinäkyvänä ja sinisenä.

Muiden ainutlaatuisten ominaisuuksiensa vuoksi – se on myös kemiallisesti inertti ja biologisesti yhteensopiva – booriseostettua timanttia voitaisiin mahdollisesti käyttää yhteyksissä, joihin muut materiaalit eivät pysty, kuten lääketieteellisessä kuvantamisessa tai erittäin herkissä biosiruissa tai molekyylisensoreissa.

Aiheesta aiemmin:

Kvanttitason mittauksia

Timanttien avulla parempia superkonkkia