Несколько исследователей из Университета Пердью (Уэст-Лафайетт, штат Индиана) создала способ формирования неестественных алмазов микроскопического размера в строго определённых местах на подложке из графита. Разработка открывает новые возможности в создании высокопрочных материалов и электронике, включая создание принципиально новых носителей данных, микросхем и биосенсоров.

Смотрите кроме этого: Вязаная электроника: база для умной одежды будущего

Сейчас носимая электроника представляет собой простые гаджеты из пластика и металла, достаточно миниатюрные, дабы их возможно было уместить в форм-фактор часов либо очков. Предстоящая миниатюризация непременно приведёт к тому, что электронные устройства возможно будет встраивать конкретно в одежду. Одно из препятствий на этом пути — противоречивые требования к соединениям электронных компонентов.

С одной стороны, одежда должна быть мягкой и эластичной, с другой — железные проводники достаточно не хорошо переносят постоянные изгибы и растяжение.

Сам метод формирования таких чипов отличается высочайшей точностью – бриллиантами возможно практически писать по графиту, создавая прочные схемы с разрешающей свойством в доли микрометров. Целый процесс протекает при комнатной температуре и обычном давлении. Нужные для образования неестественных алмазов условия создаются лучом лазера в количестве сотен и десятков кубических нанометров.

Неестественные бриллианты на графитовой подложке при различном повышении (электронная микрофотография doi:10.1038/srep06612).

Под действием наносекундных импульсов лазера с плотностью потока энергии от 3,7 ГВт/см2 происходит лазерная абляция графита. Отдельные частицы углерода приобретают дополнительную энергию, лишаются электронов, покупают одноимённый заряд и покидают подложку. Над ней в весьма малом количестве образуется углеродная плазма, в которой преобладают силы отталкивания.

Микроскопический плазменный шар слабо экранируется магнитным полем соседних атомов и пытается расшириться. В обрисовываемой методике этому мешает стеклянная подложка. Она пропускает лазерный луч, но наряду с этим удерживает на месте плазменные шарики, не давая им скоро провалиться сквозь землю.

Выигрыш во времени образовывает доли секунды, но в таких микроскопических количествах его хватает чтобы успеть начать следующий этап.

Отдавая энергию, низкотемпературная плазма скоро остывает, и углеродные атомы начинают вырабатывать объёмную структуру. В точке действия лазерного луча на неё действует световое и остаточное давление лазерной плазмы, достигающее в сумме 4,4 ГПа либо более. Его было бы не хватает для прямого преобразования графита в бриллиант, но хватает для создания из остывающей углеродной плазмы совершенной кристаллической структуры.

Схема образования неестественных алмазов под давлением лазера путём осаждения из углеродной плазмы в ограниченном количестве (изображение: nature.com).

Образующиеся вкрапления неестественных алмазов меняют не только электрические, но и оптические особенности графитовой подложки. По мере роста числа алмазов вся структура делается всё более прозрачной. Эти трансформации и замечали исследователи в первой серии опытов. Изначально несколько ставила перед собой задачу создать способы армирования разных других веществ и металлов. Опыт с лазерным облучением графита был одним из многих.

Он остался бы без внимания, если бы не наблюдательность нескольких участников команды.

«Мы увидели, что тёмное графитовое покрытие исчезает, но куда?», – вспоминает адъюнкт-доктор наук кафедры промышленных созданий Гэри Ченг (Gary Cheng). Просвечивающая электронная микроскопия продемонстрировала, что графит не просто испарился. В некоторых местах на покрытии появились прозрачные кристаллы.

Образование неестественных алмазов было кроме этого подтверждено способами рентгеновской дифракции и путём измерения их электрического сопротивления.

Наблюдение разрешило лучше осознать физику процесса и скоро доработать методику, подбирая длительности импульсов и оптимальные значения мощности лазера. «Практически, мы создали разработку прецизионного формирования неестественных алмазов на графитовой поверхности, – комментирует Ченг. – Мы сделали это при комнатной температуре и обошлись безкамервысокого давления, что значительно удешевляет способ».

Процесс создания неестественных алмазов на графитовой подложке (изображение: Qiong Nian et al. / Nature).

Разработка взяла рабочее наименование CPLD (confined pulse laser deposition, – ограниченное осаждение лазерными импульсами). За счёт локального трансформации электрических и оптических особенностей на узлах из алмазов, с их помощью возможно создавать заготовки микросхем либо оптоэлектронных устройств.

Потому, что вкрапления алмазов упрочняют материалы, такие чипы будут владеть повышенной устойчивостью к физическим действиям. К примеру, из них возможно изготавливать высокотемпературные сенсоры, компоненты электроники для промышленного и военного назначения. На данный момент несколько ожидает рассмотрения патентной заявки и трудится над методами коммерческого применения методики.

Создатель: Андрей Васильков

Случайная статья:

• Виджет видеонаблюдения для мобильных устройств
• Аудиосистемы для дома и домашние кинотеатры

Углерод и его аллотропные формы — алмаз, графит. Учебный фильм по химии

Похожие статьи:

• Транзиентная электроника: биосовместимые устройства, растворяющиеся внутри тела

  Американские учёные при помощи минобороны создали маленькие, всецело биосовместимые электронные устройства, талантливые без остатка растворяться в…

• Woodymac — деревянный конструктор будущего

  Не берусь утверждать что любой, но по крайней мере — большая часть из нас в юные годы сталкивались с конструкторами. Кое-какие из них запомнились больше,…

• Массовая кремниевая электроника может стать гибкой

  Более 90% современной электроники делается на кремниевых подложках. Твёрдые? Да. Хрупкие? Да. Но дёшево! Но в случае если у подложек оторвать верхний…