在降低了实验室中生长钻石所需的温度并将该过程与。
钻石非常适合用于电子产品。这是因为它们特定的晶格结构使它们能够承受高电压，同时它们还可以非常好地散热，因为它们不导电。但要在实验室中制造，钻石还需要极高的温度——远远超出计算机芯片在制造过程中所能承受的温度——因此它们不能轻易地集成到芯片制造过程中。同时，减少热量会牺牲钻石的质量。
9 月 13 日发表在该杂志上的一项研究金刚石及相关材料，科学家们找到了一种方法，可以充分减少生长钻石所需的热量，因此现在可以将它们纳入标准的硅制造工艺中。这一突破意味着更快、更节能的基于金刚石的计算机芯片是一个更加现实的主张。
“如果我们想将金刚石应用到硅基制造中，那么我们需要找到一种低温金刚石生长方法，”研究主要作者尤里·巴尔苏科夫普林斯顿等离子体物理实验室 (PPPL) 的计算研究员在一份报告中表示陈述。 “这可能为硅微电子行业打开一扇门。”
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钻石通常是通过一种称为“等离子体增强化学气相沉积”的工艺制造的，其中气态乙炔薄膜以固态沉积到基材上。
研究小组表示，之前的实验表明，乙炔可以促进钻石的生长，但它也会导致烟灰的生长，烟灰会形成在钻石的顶部，并抑制其在芯片、传感器和光学器件中的应用。科学家此前并不了解导致乙炔变成烟灰或钻石的因素。
“现在我们有了答案，”巴尔苏科夫在声明中说。 “就像水到冰一样，从一种相转变到另一种相都有一个临界温度。高于这个临界温度，乙炔主要促进钻石的生长。低于这个临界温度，它主要促进烟炱的生长。”
科学家发现，“临界温度”取决于乙炔的浓度和钻石表面附近原子氢的存在。氢原子并不直接促进钻石的生长，但它们对于促进钻石的生长至关重要——即使在更低的温度下也是如此。
保护量子钻石
但这只是等式的一部分。金刚石中原子的结合方式使其非常适合、安全通信和高精度传感。 7 月 11 日发表在期刊上的一项研究先进材料接口研究了如何进一步提炼金刚石以用于复杂的电子产品。它以“量子钻石”表面为中心，其中碳原子被去除，邻近的原子被氮取代——创造了科学家称之为“氮空位中心”的东西。科学家在研究中表示，必须保护这些复杂钻石的表面，同时保持氮空位中心完好无损。
“这种材料中的电子不像重粒子那样遵循经典物理定律，”阿拉斯泰尔·史黛西PPPL 量子材料和器件负责人在声明中表示。 “相反，像所有电子一样，它们的行为遵循量子物理定律。但我们可以通过制作来利用这些量子力学特性，他补充道。量子比特位于到传统计算中的位并允许并行处理计算。
“量子位的优点是它们可以比普通位保存更多的信息，”史黛西说。 “这意味着它们还可以为我们提供更多有关其环境的信息，例如，使它们作为传感器非常有价值。”
科学家们的目标是在量子金刚石表面形成一层均匀分布的氢，而不改变表面以下的任何东西。在七月的研究中，他们探索了以更可靠的方式将单层添加到钻石表面的技术，而不会造成任何损坏。
通常通过将金刚石在高温下暴露于氢等离子体来添加氢层，但氮空位中心无法应对这些条件。相反，科学家们提出了两种替代方法：“形成气体退火”和“冷等离子体终止”。前一种技术使用氢分子和氮气的混合物，而后者使用氢等离子体，但避免用等离子体直接加热钻石。
这两种技术都创造出了可以导电的氢化金刚石。研究人员在研究中表示，这两种方法都不是完美的，但在避免氮空位中心受损方面都比传统方法好得多。他们补充说，他们的下一步正在探索创建具有理想氮空位中心的高质量氢化金刚石表面的新方法。
