钻石以其卓越的硬度和透明度而闻名，已成为高功率电子和量子光学创新领域的卓越材料。通过添加如硼等杂质，钻石可以被改性为像金属一样有效地导电。
钻石以其卓越的硬度和透明度而闻名，已成为高功率电子和量子光学创新领域的卓越材料。通过添加如硼等杂质，钻石可以被改性为像金属一样有效地导电。
来自凯斯西储大学和伊利诺伊大学厄本那-香槟分校的研究人员发现了添加硼的钻石，即掺硼钻石的一个迷人特性。他们的发现可能会导致更快速、更高效且能够以传统技术无法实现的方式处理信息的先进生物医学和量子光学设备的发展。他们的研究成果今天已发表在《自然通讯》上。
研究小组发现，掺硼钻石能够显示出等离子体波——由光激发的电子波，使得在纳米尺度上实现电场的精确控制和增强。这一特性对最先进的生物传感器、纳米光学仪器以及优化太阳能电池和量子设备至关重要。尽管掺硼钻石已经因其电导率和超导潜力而被广为人知，但它们的等离子体特性却未被先前认知。与金属或其他掺杂半导体不同，掺硼钻石保持了其光学透明度。
“钻石仍然闪耀，” 凯斯西储大学物理教授朱塞佩·斯特朗吉表示。“无论是字面上还是作为科学和技术进步的引导光。在深入探索量子计算和通信领域时，这些发现使我们更接近于充分利用材料的核心。”
伊利诺伊大学格雷格工学院核、等离子体和放射工程教授莫汉·桑卡兰评论道：“理解掺杂对像钻石这样的半导体光学行为的影响，增强了我们对这些材料的理解。”
等离子体材料与光在纳米尺度上的相互作用已经吸引了人们几个世纪，甚至在科学原理尚不清晰之前。在中世纪彩色玻璃窗中所见的鲜艳色彩是嵌入玻璃中的金属纳米粒子的结果。当照明时，这些粒子产生的等离子体会产生不同的颜色——金纳米粒子产生丰富的红宝石红色，而银纳米粒子则显示明亮的黄色。这种历史艺术展示了光与物质之间的相互作用，为现代纳米技术和光学的进步铺平了道路。
钻石由透明的碳晶体构成，可以通过微量的硼来制成，硼在元素周期表中位于碳的旁边。硼比碳少一个电子，因此能够接受电子。这在材料中形成周期性的电子”孔”，增强了材料的导电性。掺硼的钻石结构仍然保持透明，散发出蓝色阴影——类似于因硼的微量存在而呈现蓝色的著名希望钻石。
由于其独特的特性——化学惰性和生物相容性，掺硼钻石可以在其他材料无法使用的领域找到应用，比如医学成像和高灵敏度生物芯片或分子传感器。
低压合成钻石的发展始于1968年，由凯斯西储大学（当时称为凯斯科技学院）的教员约翰·安古斯发起，安古斯于2023年去世。他也是第一个报道掺硼钻石电导率的人。
斯特朗吉和桑卡兰与伊利诺伊大学的主作者、研究生苏维克·巴哈查里亚；凯斯西储大学的乔纳森·博伊德；来自卢森堡大学的斯文·赖哈特和卢德格·维尔茨；来自马赛大学的瓦伦丁·阿拉尔、奥德·勒热和阿米尔·霍赛因·塔勒比；以及来自瑞典乌梅å大学的尼科洛·马卡费里合作。
这项研究得到了国家科学基金会的支持。
