在降低了實驗室中生長鑽石所需的溫度並將該過程與。
鑽石非常適合用於電子產品。這是因為它們特定的晶格結構使它們能夠承受高電壓，同時它們還可以非常好地散熱，因為它們不導電。但要在實驗室中製造，鑽石還需要極高的溫度——遠遠超出計算機芯片在製造過程中所能承受的溫度——因此它們不能輕易地集成到芯片製造過程中。同時，減少熱量會犧牲鑽石的質量。
9 月 13 日發表在該雜誌上的一項研究金剛石及相關材料，科學家們找到了一種方法，可以充分減少生長鑽石所需的熱量，因此現在可以將它們納入標準的矽製造工藝中。這一突破意味著更快、更節能的基於金剛石的計算機芯片是一個更加現實的主張。
“如果我們想將金剛石應用到矽基製造中，那麼我們需要找到一種低溫金剛石生長方法，”研究主要作者尤里·巴爾蘇科夫普林斯頓等離子體物理實驗室 (PPPL) 的計算研究員在一份報告中表示陳述。 “這可能為矽微電子行業打開一扇門。”
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鑽石通常是通過一種稱為“等離子體增強化學氣相沉積”的工藝製造的，其中氣態乙炔薄膜以固態沉積到基材上。
研究小組表示，之前的實驗表明，乙炔可以促進鑽石的生長，但它也會導致煙灰的生長，煙灰會形成在鑽石的頂部，並抑制其在芯片、傳感器和光學器件中的應用。科學家此前並不了解導致乙炔變成煙灰或鑽石的因素。
“現在我們有了答案，”巴爾蘇科夫在聲明中說。 “就像水到冰一樣，從一種相轉變到另一種相都有一個臨界溫度。高於這個臨界溫度，乙炔主要促進鑽石的生長。低於這個臨界溫度，它主要促進煙炱的生長。”
科學家發現，“臨界溫度”取決於乙炔的濃度和鑽石表面附近原子氫的存在。氫原子並不直接促進鑽石的生長，但它們對於促進鑽石的生長至關重要——即使在更低的溫度下也是如此。
保護量子鑽石
但這只是等式的一部分。金剛石中原子的結合方式使其非常適合、安全通信和高精度傳感。 7 月 11 日發表在期刊上的一項研究先進材料接口研究瞭如何進一步提煉金剛石以用於復雜的電子產品。它以“量子鑽石”表面為中心，其中碳原子被去除，鄰近的原子被氮取代——創造了科學家稱之為“氮空位中心”的東西。科學家在研究中表示，必須保護這些複雜鑽石的表面，同時保持氮空位中心完好無損。
“這種材料中的電子不像重粒子那樣遵循經典物理定律，”阿拉斯泰爾·史黛西PPPL 量子材料和器件負責人在聲明中表示。 “相反，像所有電子一樣，它們的行為遵循量子物理定律。但我們可以通過製作來利用這些量子力學特性，他補充道。量子比特位於到傳統計算中的位並允許並行處理計算。
“量子位的優點是它們可以比普通位保存更多的信息，”史黛西說。 “這意味著它們還可以為我們提供更多有關其環境的信息，例如，使它們作為傳感器非常有價值。”
科學家們的目標是在量子金剛石表面形成一層均勻分佈的氫，而不改變表面以下的任何東西。在七月的研究中，他們探索了以更可靠的方式將單層添加到鑽石表面的技術，而不會造成任何損壞。
通常通過將金剛石在高溫下暴露於氫等離子體來添加氫層，但氮空位中心無法應對這些條件。相反，科學家們提出了兩種替代方法：“形成氣體退火”和“冷等離子體終止”。前一種技術使用氫分子和氮氣的混合物，而後者使用氫等離子體，但避免用等離子體直接加熱鑽石。
這兩種技術都創造出了可以導電的氫化金剛石。研究人員在研究中表示，這兩種方法都不是完美的，但在避免氮空位中心受損方面都比傳統方法好得多。他們補充說，他們的下一步正在探索創建具有理想氮空位中心的高質量氫化金剛石表面的新方法。
