Учёные из московского Института общей физики имени А. М. Прохорова РАН сообщили, что стали первыми кто смог вырастить микроскопические алмазы с примесью олова. Такие элементы могут стать неотъемлемой частью квантовых компьютеров, где они будут задействованы для передачи информации. Результаты проделанной работы опубликованы на страницах научного журнала Philosophical Transactions of the Royal Society.
Как известно, квантовые компьютеры (или суперкомпьютеры) работают на основе кубитов. Последними могут выступать примесные центры окраски из олова, германия или кремния в алмазах. Включение этих химических элементов позволяют учёным создавать новые спиновые состояния для кодирования данных. Проблема заключается в том, что подобные состояния можно получить исключительно при очень низких температурах. Если говорить о кремниевых и германиевых центрах, это ниже -272°С, а если об оловянных — от -271°С до 268°С. Значит производство квантовых систем на базе оловянного центра окажется намного дешевле и проще, правда, до сегодняшнего момента у учёных не было метода синтеза алмазов с вкраплениями олова. Алмазы получались, либо меньше необходимых габаритов, либо без требуемых оптических свойств.
Российские специалисты первыми в истории создали в СВЧ-плазме алмазные микрочастицы с одиночными центрами окраски из олова. Использовался реактор, наполненный метаном и водородом. В установку поместили затравочные кристаллы алмаза и частицы олова с последующим нагревом до температуры 1000°С. Метан стал источником «строительных блоков» для роста алмаза, а водород извлекал из олова необходимые частицы, которые насыщали газовую среду и оседали на поверхности кристалла.
Полученные алмазы размером 2-4 микрометра имели форму кубооктаэдров — многогранников с чередующимися треугольными и прямоугольными гранями. Изучение полученных кристаллов показало, что они обладают высокими оптическими характеристиками. Правда, не все алмазы оказались с вкраплениями олова, большинство из них были обычными кристаллами без центров окраски. Это ещё раз подтвердило, что создавать алмазы с оловянными центрами для использования в суперкомпьютерах и по сей день сложно.
«Наша работа доказала, что изготовить высококачественные алмазы с оловом вполне реально. Получаемые предложенным нами способом алмазы будут полезны в области оптической сенсорики температуры, квантовой оптики, а также для хранения и передачи квантовой информации. В дальнейшем мы планируем совершенствовать методику для синтеза высококачественных пленок с включениями олова на макроскопических алмазных кристаллах размером в несколько миллиметров», — рассказал руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Вадим Седов, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории алмазных материалов Института общей физики РАН.
