Получение и исследование люминесцентных центров в монокристаллических алмазных иглах Малыхин Сергей Александрович

Короткий опис

Малыхин, Сергей Александрович.
Получение и исследование люминесцентных центров в монокристаллических алмазных иглах : диссертация ... кандидата физико-математических наук : 01.04.07 / Малыхин Сергей Александрович; [Место защиты: ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова»]. - Москва, 2022. - 130 с. : ил.
Оглавление диссертациикандидат наук Малыхин Сергей Александрович
Введение
Глава 1. Свойства алмаза и методы его получения (литературный обзор)
1.1. Алмаз и его свойства
1.2. Методы получения алмаза и структур на его основе
1.3. Центры окраски в алмазе
Глава 2. Методика проведения эксперимента
2.1 Получение монокристаллических алмазных игл пирамидальной формы
2.1.1 Методика газофазного химического осаждения с активацией газовой среды разрядом постоянного тока
2.1.2 Методика оптической эмиссионной спектроскопии плазмы
2.1.3 Методика селективного окисления
2.2 Методы исследования электронной и фононной подсистем
2.2.1 Спектроскопия фотолюминесценции
2.2.2 Спектроскопия катодолюминесценции
2.2.3 Спектроскопия с временным разрешением
2.2.4 Методика оптически детектируемого магнитного резонанса
2.3 Электронно- и ионно- микроскопические методы
2.3.1 Методика электронной микроскопии
2.3.2 Методика фокусируемого ионного пучка
2.4 Методика атомно-зондовой томографии
Глава 3. Получение и исследование оптических свойств алмазных игл пирамидальной формы с люминесцентными центрами
3.1 Получение образцов, содержащих индивидуальные алмазные иглы
3.2 Исследование центров окраски в алмазных иглах, формирующихся в процессе синтеза
3.3 Исследование пространственного распределения и механизмов формирования азотно-вакансионных и кремний-вакансионных центров в алмазных
иглах
3.4 Исследование люминесцентных характеристик обнаруженных центров окраски
3.5 Разработка методик контролируемого внедрения для создания центров окраски
3.6 Основные выводы главы
Глава 4. Изучение возможности практического применения алмазных игл с люминесцентными центрами
4.1 Сенсор магнитного поля
4.2 Сенсор механического напряжения или нано-динамометр
4.3 Термометр высокой чувствительности
Заключение
Список публикаций по результатам работы
Список литературы
Введение
Уникальные свойства алмаза служат основой его использования в различных областях науки и техники. Это особенно ярко проявляется в современных технологиях, требующих использования материалов с рекордными значениями характеристик, чему в наилучшей степени во многих случаях соответствует алмаз. Эталонно высокая твёрдость алмаза используется в технологиях обработки материалов, высокая теплопроводность применяется для охлаждения высокопроизводительных вычислительных и телекоммуникационных устройств, большая спектральная область пропускания используется для создания разнообразных оптических элементов. Развитие технологий искусственного синтеза позволило получать алмазы, превосходящие по чистоте и кристаллическому совершенству природные кристаллы. Вместе с колоссальным развитием оптики и оптических методов это привело к активному развитию новой обширной области исследований - люминесцирующих точечных дефектов в алмазе. Такие люминесцирующие точечные дефекты в алмазе часто также называются центрами окраски. На сегодняшний день открыто уже более 500 центров окраски в алмазе. Однако, несмотря на более чем пятидесятилетнюю историю их исследований, хорошо изученными из них являются не более двадцати. Вместе с тем, детальное изучение одного лишь азотно-вакансионного центра свидетельствует о перспективности его использования в различных современных высокотехнологичных приложений, включая:
• создание источников одиночных фотонов;
• использование наноалмазов, содержащих азотно-вакансионные центры, в качестве биомаркеров;
• создание высокочувствительного сенсора магнитного поля с нанометровым пространственным разрешением;
• использование наноалмазов с азотно-вакансионными центрами для высокоточного измерения температуры с нанометровым пространственным разрешением;
• создание нанодинамометра и другие.
Исследования свойств других люминесцентных центров постоянно пополняют этот список.
Однако, для каждого из приложений требуется создание люминесцентных центров в кристаллах алмаза соответствующей формы и размеров (специальных алмазных структурах). Одним из наиболее востребованных для этих целей типом структур является монокристалл нитевидной формы. Среди структур данного типа, формирующихся
4
непосредственно в процессе синтеза, большой интерес представляют монокристаллические алмазные иглы пирамидальной формы. Более того, получение данных структур производится методом осаждения из газовой фазы. Это позволяет с необходимой точностью управлять процессом синтеза и изменять некоторые свойства получаемых кристаллов непосредственно в процессе их формирования. Несмотря на всю привлекательность монокристаллических алмазных игл пирамидальной формы для создания высокотехнологичных устройств на базе центров окраски, значительное число вопросов, связанных с механизмами формирования люминесцентных центров в таких структурах, а также с конкретными характеристиками создаваемых люминесцентных центров до проведения описанных в данной работе исследований оставались открытыми. Это показывает актуальность избранной темы и степень её разработанности.