Исследователи из Университета Осаки отполировали самый твердый из известных материалов, не повредив его, что поможет ускорить его использование в современной электронике, пишет eurekalert.org со ссылкой на Scientific Reports.

Кремний был рабочей лошадкой электроники на протяжении десятилетий, потому что это обычный элемент, его легко обрабатывать, и он обладает полезными электронными свойствами. Ограничением кремния является то, что высокие температуры повреждают его, что ограничивает скорость работы кремниевой электроники.

Монокристаллический алмаз – возможная альтернатива кремнию. Исследователи недавно изготовили монокристаллическую алмазную пластину, но обычные методы полировки поверхности, что необходимо для использования в электронике, и медленны, и разрушительны для материала. Ученые из Университета Осаки и их партнеры отполировали монокристаллическую алмазную пластину до почти атомарной гладкости. Эта процедура может позволить алмазу заменить хотя бы некоторые кремниевые компоненты электронных устройств.

Алмаз – самое твердое из известных веществ, которое практически не вступает в реакцию с химическими веществами. Полировка с помощью такого же твердого инструмента повреждает поверхность, а обычная полировальная химия работает медленно. В этом исследовании ученые сначала модифицировали поверхность кварцевого стекла, а затем полировали алмаз с помощью инструментов из модифицированного кварцевого стекла.

«Плазменная полировка – идеальный метод для монокристаллического алмаза, – объясняет ведущий автор Нянь Лю. – Плазма активирует атомы углерода на поверхности алмаза, не разрушая кристаллическую структуру, что позволяет пластине из кварцевого стекла аккуратно сглаживать неровности поверхности».

Монокристаллический алмаз до полировки имел много ступенчатых деталей и в целом был неровным со средней среднеквадратичной шероховатостью 0,66 мкм. После полировки топографические дефекты исчезли, а шероховатость поверхности была намного меньше: 0,4 нанометра.

«Полировка уменьшила шероховатость поверхности до почти атомарной гладкости, – говорит старший автор Кадзуя Ямамура. – На поверхности не было царапин, как это было видно при механическом выравнивании».

Кроме того, исследователи подтвердили, что полированная поверхность не изменилась химически. Например, они не обнаружили графита – следовательно, не было поврежденного углерода. Единственной обнаруженной примесью было очень небольшое количество азота из исходного препарата пластины.

«Используя спектроскопию комбинационного рассеяния света, мы выяснили, что полная ширина при половинном максимуме алмазных линий на пластине была одинаковой, а положения пиков были почти идентичными, – говорит Лю. – Другие методы полировки приводят к явным отклонениям от чистого алмаза».

Благодаря этим исследованиям будут доступны высокопроизводительные силовые устройства и радиаторы на основе монокристаллического алмаза. Такие технологии значительно снизят энергопотребление и потребление углерода, а также улучшат характеристики будущих электронных устройств.