Przepływ prądu w diamencie doprowadził do niesamowitej obserwacji. To niczym błyskawica w slow motion

Pierwsza myśl dotycząca przeznaczenia diamentów będzie dla większości z nas prowadziła do ich walorów wizualnych, wykorzystywanych na przykład w przemyśle jubilerskim. Okazuje się jednak, że minerał ten ma znacznie większy potencjał. Aby dało się go w pełni zrealizować, naukowcy chcą najpierw jak najlepiej poznać właściwości diamentów. Niedawno poczynili w tym zakresie istotne postępy.
Przepływ prądu w diamencie doprowadził do niesamowitej obserwacji. To niczym błyskawica w slow motion

Wszystko za sprawą eksperymentów przeprowadzonych przez przedstawicieli University of Melbourne, Royal Melbourne Institute of Technology oraz City College of New York. Wśród mniej oczywistych zastosowań diamentu można wymienić jego wykorzystywanie w elementach obwodów w elektrowniach, podstacjach rozdzielczych, samochodach elektrycznych oraz wielu innych technologiach, które dopiero raczkują. W praktyce okazuje się jednak, że nie zawsze jest to możliwe.

Czytaj też: Pierwszy w historii transfer danych w takiej odsłonie. Naukowcy połączyli klasyczne i kwantowe informacje

W konsekwencji znacznie bardziej rozpowszechnione są krzemowe elementy. Szacuje się, iż ograniczenia krzemu sprawiają, że nawet 10% energii elektrycznej ulega zmarnowaniu. Za pośrednictwem diamentów owe straty mogłyby zostać zmniejszone aż o 75%. Aby jednak ten minerał znalazł powszechne zastosowanie, trzeba byłoby ominięcia pewnych przeszkód. Jedną z nich jest brak odpowiedniego rozeznania w tym, jak ładunku są transportowane wewnątrz diamentu oraz jak zanieczyszczenia diamentów wpływają na ten proces.

Naukowcy ze Stanów Zjednoczonych i Australii postanowili śledzić przepływ prądu w diamencie. Dokonali w ten sposób nietypowej obserwacji

Członkowie zespołu badawczego, którzy chcieli wykonać istotne kroki w zakresie badania właściwości elektrycznych diamentów opisali swoje dokonania na łamach Advanced Materials. Przełomowym aspektem zorganizowanych eksperymentów było połączenie pomiarów elektrycznych diamentowego urządzenia optoelektronicznego z trójwymiarową mikroskopią optyczną. Takie zestawienie jest wyjątkowe, ponieważ nigdy nie było stosowane w tej dziedzinie.

Gra okazała się warta świeczki, gdyż naukowcy z Australii i Stanów Zjednoczonych dokonali historycznych obserwacji ukazujących przepływ ładunków przez wykonane z diamentu urządzenie. Do sukcesu by nie doszło, gdyby nie udział zanieczyszczeń wchodzących w skład sieci krystalicznej diamentu, powstałych z atomów azotu. Są one określane mianem centrów NV i były do tej pory stosowane między innymi w formie czujników kwantowych.

Z perspektywy mikroskopu da się wyróżnić neutralne i ujemnie naładowane centra NV, przy czym te pierwsze wyglądają na bardziej pomarańczowe od drugich. Dzięki temu można dostrzec przepływ prądu. Pomysł był prosty: wprowadzić ładunek do diamentu z wykorzystaniem lasera, a potem śledzić jego “wędrówkę”. Przebieg eksperymentu był nieoczekiwany, ponieważ prąd zachowywał się tak, jakby był miniaturowym piorunem poruszającym się w slow motion. 

Czytaj też: Diament najtwardszym materiałem na świecie? To się może wkrótce zmienić

Wyciągnięte przez autorów wnioski mogą mieć przełożenie na badania nad kontrolowaniem transportu ładunku w diamentach. Będzie to kluczowe w odniesieniu do rozwoju elektroniki czy technologii kwantowych. W długofalowej perspektywie nie można nawet wykluczyć scenariusza, w którym komputery kwantowe przyszłości oparte na diamentach działałyby w temperaturze pokojowej.