ИСТИНА

Для многочисленных практических применений требуются алмазные кристаллиты вытянутой (игло- или ните-образной) формы с поперечным сечением субмикрометрового (или нанометрового) диапазона и с длиной в десятки и сотни микрометров. Такая форма кристаллитов позволяет обеспечить требования, предъявляемые, например, к сверхвысокоточным обрабатывающим инструментам [1] или квантово-оптическим сенсорным элементам [2]. В данном сообщении представлены результаты исследований, направленных на разработку эффективного метода, обеспечивающего массовое производство алмазных игольчатых кристаллитов. В соответствии с разработанной технологией алмазные кристаллиты получаются в результате комбинации газофазного химического осаждения (CVD) и селективного термического окисления. Параметры используемого CVD (из смеси метана и водорода, активируемой разрядом постоянного тока) подбираются таким образом, чтобы обеспечить формирование (100) текстурированной алмазной пленки, состоящей из кристаллитов микрометрового масштаба, окруженных разупорядоченным углеродным материалом в виде нанокристаллического алмаза, графитоподобного и аморфного углерода. Осаждение проводится на подложках из стандартного полированного кремния. Длительность осаждения выбирается, исходя из требований, к длине формируемых алмазных игл с учетом примерной скорости роста 1 мкм/час. Полученные поликристаллические пленки подвергаются нагреву на воздухе при температуре около 600ºС, обеспечивающей селективное окисление (и удаление в виде газообразных продуктов) разупорядоченного углеродного материала. Материал, остающийся на подложке после такого окисления, представляет собой фракцию наиболее крупных кристаллитов, сформированных в ходе CVD осаждения [3,4]. Такие кристаллиты имеют форму пирамид с квадратным основанием. Геометрические параметры пирамидальных игольчатых кристаллитов определяются параметрами CVD роста [5]. После окисления алмазные кристаллиты остаются на подложке, могут быть собраны в виде порошка, приготовлены в виде различных суспензий и/или использованы индивидуально с помощью соответствующих методик, обеспечивающих манипуляцию с малыми объектами [6,7]. Проведенные сравнительные исследования позволили установить закономерные взаимосвязи между параметрами CVD процесса, геометрическими и структурными характеристиками получаемых игольчатых алмазных кристаллитов [5,8]. Были построены эмпирические модели механизмов, определяющих формирование таких кристаллитов. Адекватность построенных моделей подтверждается соответствием экспериментальных данных с результатами компьютерных симуляций, проведенных в соответствии с этими моделями [5]. Изучение структурно-морфологических характеристик и физических свойств полученных алмазных кристаллитов выявило их монокристалличность [3,8], наличие центров окраски, обусловленных примесями азота и кремния, и их распределение в объеме кристаллитов [9,10]. Кроме этого были обнаружены специфические пьезоэлектрические, термофизические и другие свойства алмазных кристаллитов, важные для разработки методов их практического использования [11,12]. К числу применений алмазных игл, возможность реализации которых была успешно продемонстрирована, относятся: зонды для атомно-силовой микроскопии [6]; обрабатывающий инструмент для сверхточных станков; точечные стабильные атоэлектронные эмиттеры [7]. Кроме этого продемонстрирована возможность использования игольчатых кристаллитов в квантово-оптических сенсорных устройствах для локальной регистрации электрических и магнитных полей, температуры и теплопроводности [9-12]. Работа выполняется в рамках проекта РФФИ- 18-02-00495. ЛИТЕРАТУРА 1. Choi W. K. and Baek S. Y. // Materials. 2015. V. 8, P. 6498. 2. Schmitt S., Gefen T., Stürner F.M. et al. // Science. 2017. V. 356, P. 832. 3. Obraztsov A.N., Kopylov P.G., Chuvilin A.L. et al. // Diamond and Rel. Mat. 2009. V.18, P. 1289. 4. Zolotukhin A.A., Dolganov M.A., Obraztsov A.N. // Diamond and Rel. Mat. 2013. V.37, P. 64. 5. Zolotukhin A.A., Dolganov M.A., Alekseev A.M., et al. // Diamond and Rel. Mat. 2014. V.42, P. 15. 6. Obraztsov A.N., Kopylov P.G., Loginov B.A. et al. // Rev. Sc. Instr. 2010. V.81, P. 013703. 7. Kleshch V.I., Purcell St.T., Obraztsov A.N. // Scientific Reports. 2016. V. 6, P. 35260. 8. Orekhov A.S., Tuyakova F.T., Obraztsova E.A., et al. // Nanotechnology 2016. V. 27, P. 455707. 9. Tuyakova F.T., Obraztsova E.A., Korostylev E.V., et al. // J. Luminescence 2016. V. 179, P. 539. 10. Malykhin S.A., Ismagilov R.R., Tuyakova F.T., et al. // Optical Materials 2018. V.75, P. 49. 11. Rigutti L., Venturi L., Houard J., et al. // Nano Lett. 2017. V.17, P. 7401. 12. Arnoldi L., Spies M., Houard J., et al. // Appl. Phys. Lett. 2018, under review.