Российские ученые обнаружили чрезвычайно яркие вспышки, которые испускал искусственный алмаз, содержащий примеси германия. Необычное по характеристикам излучение исследователи связали с переходом германиевых центров к своеобразному коллективному состоянию. В результате вероятность поглощения и излучения света увеличивалась в разы.

Результаты работы опубликованы в журнале Physical Review.

По структуре алмаз представляет собой кристаллическую решетку, в которой каждый атом углерода связан с четырьмя ближайшими соседями, расположенными в вершинах правильного тетраэдра. Алмаз очень прочен, нетоксичен для живых организмов и достаточно прост для синтеза, при этом сохраняется возможность замещения нескольких узлов кристаллической решетки атомами других элементов. Подобные замены называют точечными дефектами кристалла. Такие примеси, как азот, кремний и германий, позволяют алмазам эффективно поглощать и испускать свет, что обеспечивает характерный цвет кристалла. Оптические свойства алмазов с примесями зависят от внешних условий: температуры, давления, параметров электрических и магнитных полей, а потому их можно использовать в качестве сенсоров.

В ходе поддержанной грантами Российского научного фонда и Российского фонда фундаментальных исследований работы коллективу ученых под руководством профессора РАН Андрея Наумова удалось пронаблюдать и объяснить необычный эффект значительного (более чем на порядок величины) возрастания интенсивности свечения алмаза за очень короткий промежуток времени — от нескольких секунд до минут.

Исследователи наблюдали необычную по своим характеристикам люминесценцию в одном из искусственных микроалмазов с примесями германия. Алмаз был создан с использованием оригинального метода синтеза при высоком давлении и температуре.

Для изучения оптико-спектральных свойств алмазов с германиевыми примесями специалисты использовали технику лазерной флуоресцентной спектромикроскопии. Микрокристаллы, размещенные на поверхности покровного стекла, освещали непрерывным зеленым светом лазера, а возникающее при этом излучение детектировала высокочувствительная камера. Свечение одного из исследованных алмазов представляло собой повторяющиеся яркие вспышки, возникающие в германиевых центрах. В основе механизма, вероятно, лежит кооперация между отдельными центрами, представляющими источники излучения. Авторы полагают, что это явление носит всеобщий характер, и дальнейшие эксперименты с условиями синтеза алмазов позволят получать подобные сверхъяркие частицы контролируемым образом.

«Понимание природы наблюдаемого эффекта не только внесет вклад в копилку фундаментальных знаний, но и может положить основу фотонных и оптоэлектронных устройств нового поколения.», — подчеркнул Наумов, заведующий лабораторией электронных спектров молекул Института спектроскопии РАН.