Ученые получили композит нового типа на основе алмаза и люминесцентных наночастиц внутри него. Разработанный материал сочетает в себе лучшие характеристики как алмаза, так и частиц — прочность, высокую теплопроводность и способность светиться в видимом диапазоне, что позволяет визуализировать невидимое рентгеновское излучение.

Это поможет увидеть пучки излучения синхротронов и лазеров на свободных электронах — устройств, используемых для исследования структуры молекул и кристаллов с помощью рентгеновских лучей. Это нужно, чтобы контролировать форму рентгеновского пучка и понимать, проходит ли он через анализируемый объект.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Carbon.

Для многих исследований в области химии, физики, биологии и медицины необходимо воздействовать на образцы мощным рентгеновским излучением (в сотни тысяч раз более интенсивным, чем излучение рентгеновских аппаратов в поликлиниках). При этом для изучения конкретного участка материала необходимо точно знать, куда фокусируется рентгеновское излучение. Сделать это сложно, поскольку оно невидимо для глаз.

Для его визуализации используют детекторы излучения, которые состоят из вещества-люминофора, которое превращает рентгеновское излучение в фотоны — частицы света. Специальный датчик улавливает фотоны и выводит изображение на монитор. Однако такие датчики не удается использовать, если рентгеновское излучение очень мощное, поскольку оно разрушает стандартные детекторы.

Для того чтобы визуализатор выдерживал мощное рентгеновское излучение, он должен быть сделан из материала, который будет твердым, устойчивым к радиации и обладать высокой теплопроводностью, чтобы не разрушаться от высоких температур. В результате самым подходящим материалом для таких устройств считается синтетический алмаз, но он не люминесцирует (не «светится») в видимом диапазоне, когда на него поступает рентгеновское излучение.

Чтобы «заставить» алмаз светиться, можно «упаковать» внутрь него вещество, которое эффективно люминесцирует в видимом диапазоне света при рентгеновском возбуждении. Сконструировать такую «упаковку» достаточно сложно, так как алмазы выращивают в агрессивной среде водород-метановой плазмы при температурах 750–900^оС. Помещаемые в алмаз материалы в таких условиях теряют свои свойства, поэтому их нужно чем-то защитить.

Ученые из Института общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук (Москва) с коллегами предложили методику, которая помогает уберечь вещества, помещаемые внутрь алмаза, от разрушения, что позволяет создавать алмазы с заданными характеристиками.