Bagaimana Berlian Membentuk Masa Depan Elektronik dan Teknologi Kuantum

Berlian tidak hanya untuk perhiasan lagi – mereka melangkah ke masa depan teknologi.

Para ilmuwan telah menemukan bagaimana menambahkan boron ke berlian membuka properti baru yang dapat merevolusi Komputasi kuantumperangkat biomedis, dan elektronik daya tinggi.

Mengungkap potensi berlian dalam elektronik dan optik

Diamond, yang terkenal karena kekerasan dan kejelasannya yang luar biasa, terbukti menjadi bahan yang luar biasa untuk elektronik berdaya tinggi dan optik kuantum mutakhir. Dengan memperkenalkan kotoran seperti boron, berlian dapat direkayasa untuk menghantarkan listrik seperti logam.

Para peneliti dari Case Western Reserve University dan University of Illinois Urbana-Champaign telah mengungkap properti baru yang luar biasa dalam berlian yang didoping boron. Berlian yang ditingkatkan ini dapat menyebabkan kemajuan inovatif dalam perangkat optik biomedis dan kuantum, memungkinkan teknologi yang lebih cepat dan lebih efisien yang mampu memproses informasi dengan cara yang tidak dapat dilakukan oleh sistem tradisional. Temuan, diterbitkan hari ini (14 Januari) di Komunikasi Alamsorot potensi transformatif dari penemuan ini.

Kemajuan dalam perangkat optik skala nano

Para peneliti menemukan bahwa berlian yang didoping boron menunjukkan plasmon-gelombang elektron yang bergerak ketika cahaya menyala-memungkinkan medan listrik untuk dikendalikan dan ditingkatkan pada skala nanometer. Ini penting untuk biosensor canggih, nano perangkat optik, dan untuk meningkatkan sel surya dan perangkat kuantum. Sebelumnya, berlian yang didoping boron diketahui melakukan listrik dan menjadi superkonduktor, tetapi tidak memiliki sifat plasmonik. Tidak seperti logam atau bahkan doped lainnya semikonduktorberlian yang didoping boron tetap jelas secara optik.

Wawasan tentang inovasi kuantum dan optik

“Diamond terus bersinar,” kata Giuseppe Strari, profesor fisika di Case Western Reserve, “baik secara harfiah maupun sebagai suar untuk inovasi ilmiah dan teknologi. Ketika kita melangkah lebih jauh ke era komputasi dan komunikasi kuantum, penemuan -penemuan seperti ini membawa kita lebih dekat untuk memanfaatkan potensi penuh material pada tingkat yang paling mendasar. ”

“Memahami bagaimana doping mempengaruhi respons optik semikonduktor seperti Diamond mengubah pemahaman kita tentang bahan -bahan ini,” kata Mohan Sankaran, Profesor Nuklir, plasma dan teknik radiologis di Illinois Grainger College of Engineering.

Konteks Historis dan Implikasi Masa Depan dari Bahan Plasmonik

Bahan -bahan plasmonik, yang memengaruhi cahaya pada skala nano, telah memikat manusia selama berabad -abad, bahkan sebelum prinsip -prinsip ilmiah mereka dipahami. Warna-warna cerah di jendela kaca patri abad pertengahan dihasilkan dari nanopartikel logam yang tertanam dalam kaca. Saat cahaya melewati, partikel -partikel ini menghasilkan plasmon yang menghasilkan warna -warna tertentu. Nanopartikel emas tampak merah ruby, sedangkan nanopartikel perak menampilkan kuning cerah. Seni kuno ini menyoroti interaksi antara cahaya dan materi, menginspirasi kemajuan modern dalam nanoteknologi dan optik.

Berlian, terdiri dari kristal transparan dari elemen karbon, dapat disintesis dengan sejumlah kecil boron, berdekatan dengan karbon di atas meja periodik. Boron mengandung satu elektron lebih sedikit dari karbon, yang memungkinkannya menerima elektron. Boron pada dasarnya membuka “lubang” elektronik periodik dalam bahan yang memiliki efek meningkatkan kemampuan material untuk melakukan arus. Kisi berlian yang didoping boron tetap transparan, dengan rona biru. (Berlian Harapan Terkenal berwarna biru karena mengandung sejumlah kecil boron).

Aplikasi biomedis potensial dari berlian yang didoping boron

Karena sifat unik lainnya-ini juga kompatibel secara kimiawi dan kompatibel secara biologis-berlian yang didoping oleh Boronon berpotensi digunakan dalam konteks yang tidak dapat dilakukan oleh bahan lain, seperti untuk pencitraan medis atau biochip sensitivitas tinggi atau sensor molekuler.

Reference: “Intervalence plasmons in boron-doped diamond” by Souvik Bhattacharya, Jonathan Boyd, Sven Reichardt, Valentin Allard, Amir Hossein Talebi, Nicolò Maccaferri, Olga Shenderova, Aude L. Lereu, Ludger Wirtz, Giuseppe Strangi and R. Mohan Sankaran, 14 Januari 2025, Komunikasi Alam.
Doi: 10.1038/s41467-024-55353-0

Berlian yang disintesis pada tekanan rendah dipelopori di Case Western Reserve (saat itu Case Institute of Technology) pada tahun 1968 oleh anggota fakultas John Angus, yang meninggal pada tahun 2023. Angus juga merupakan yang pertama melaporkan konduktivitas listrik berlian yang didoping dengan boron.

Fangi dan Sankaran berkolaborasi dengan Souvik Bhattacharya, penulis utama, seorang mahasiswa pascasarjana di Illinois; Jonathan Boyd, Case Western Reserve; Sven Reichardt dan Ludger Wirtz, Universitas Luksemburg; Vallentin Allard, Aude Lereu dan Amir Hossein Talebi, Universitas Marseilles; dan Nicolo Maccaferri, Universitas Umeå, Swedia.

Penelitian ini didukung oleh National Science Foundation.