Нетрадиционные методы синтеза алмаза с новыми центрами люминесценции для нанофотоники

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 19-12-00407

НазваниеНетрадиционные методы синтеза алмаза с новыми центрами люминесценции для нанофотоники

Руководитель Екимов Евгений Алексеевич, Кандидат технических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики высоких давлений им. Л.Ф. Верещагина Российской академии наук , г Москва

Конкурс №35 - Конкурс 2019 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-206 - Высокие давления

Ключевые слова Высокие давления, синтез, наноалмаз, флуоресценция, легирование

Код ГРНТИ29.19.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Примесь-вакансионные центры окраски в алмазе на основе элементов 4 группы рассматриваются как наиболее перспективная платформа для целого ряда квантовых приложений, включая создание квантовой ячейки памяти. С увеличением атомного номера примесного атома, увеличивается спин-орбитальное расщепление уровней в основном состоянии, уменьшается подвижность атома в потенциальной яме, что обуславливает увеличение времени когерентности спина электрона в основном состоянии и меньшую чувствительность центров окраски к неоднородностям структуры несущей матрицы; оценки указывают на увеличение квантового выхода люминесценции. До настоящего времени пока не удается надежно получать кристаллы с единичными SiV и GeV центрами с воспроизводимыми свойствами, а в случае с SnV и PbV, исследования находятся в самом начале пути. Целью работы является получение субмикрокристаллов, включая наноалмазы, с единичными центрами окраски на основе Si, Ge, Sn и Pb в области термодинамической стабильности алмаза при высоких давлениях. Нетрадиционный синтез из разупорядоченного углерода, легированного примесью, будет использоваться в качестве основного метода для получения мелких кристаллов алмаза с центрами окраски. Медленный рост кристаллов алмаза в углеродной конденсированной среде позволит контролировать их размер и будет способствовать улучшению качества структуры при повышенных температурах синтеза. Для получения SnV и PbV данный подход в синтезе является наиболее надежным, как мы недавно показали (Diamond and related materials, 2018), впервые синтезировав алмазы с SnV центрами. Включение примесных центров в алмаз будет смоделировано первопринципными расчетами энергии формирования дефектов на поверхности растущего алмаза. Использование изотопического замещения матрицы и примеси позволит надежно идентифицировать природу линий в спектрах люминесценции получаемых алмазов. Отдельное внимание в проекте будет уделено поиску и исследованию нейтральных состояний центров окраски, для которых времена релаксации спиновой подсистемы могут достигать рекордных значений. Для детального анализа оптических свойств нано- и микрокристаталлов алмаза будут использоваться измерения спектров микрофотолюмнесценции в широком диапазоне температур (2-300К), спектров возбуждения люминесценции и, при уверенном наблюдении отдельных дефектов, функции автокорреляции испущенных фотонов. Анализ эффекта Зеймана обеспечит получение данных о влиянии магнитного поля на тонкую структуру электронных уровней. Измерения кинетики микрофотолюминесценции отдельных центров окраски в магнитном поле в условиях резонансного возбуждения одночастотным лазером с управляемой формой импульса позволят получить информацию о процессах релаксации в спиновой подсистеме.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Екимов Е.А., Ляпин С.Г., Григорьев Ю.Г., Зибров И.П., Кондрина К.М. Size-controllable synthesis of ultrasmall diamonds from halogenated adamantanes at high static pressure Carbon, 150, 436-438 (год публикации - 2019)
10.1016/j.carbon.2019.05.047

2. Екимов Е.А., Ляпин С.Г., Разгулов А.А., Кондрин М.В. Расчет ab initio примесно-вакансионных комплексов в алмазе при высоком давлении Журнал Экспериментальной и Теоретической Физики, вып. 5, том 156, стр. 925–933 (год публикации - 2019)
10.1134/S0044451019110105

3. Екимов Е.А., Ляпин С.Г., Григорьев Ю.В. КАРБОНИЗАЦИЯ БРОМИРОВАННОГО АДАМАНТАНА И ОБРАЗОВАНИЕ НАНОАЛМАЗОВ ПРИ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЯХ Неорганические материалы (год публикации - 2020)

4. Разгулов А.А., Ляпин С.Г., Новиков А.П., Екимов Е.А. Pressure effect on electron-phonon coupling in GeV centers in diamond Book of abstracts. 14th International conference Advanced Carbon Nanostructures, July 1-5, 2019 St. Petersburg, Russia (год публикации - 2019)

5. Екимов Е.А., Ляпин С.Г., Кондрин М.В. Синтез и оптические свойства алмазов с олово-вакансионными центрами, перспективы применения Сборник тезисов XVII Конференции "Сильно коррелированные электронные системы и квантовые критические явления" (2019 г.), стр. 12 (год публикации - 2019)

6. Екимов Е.А., Лебедь Ю.Б., Кондрин М.В. Influence of surface reconstruction on elastic properties of nanodiamonds Carbon, 171, 634-638 (год публикации - 2021)
10.1016/j.carbon.2020.08.063

7. Екимов Е.А., Кондрин М.В., Ляпин С.Г., Григорьев Ю.В., Разгулов А.А., Кривобок В.С., Гиерлотка С., Стельмах С. High-pressure synthesis and optical properties of nanodiamonds obtained from halogenated adamantanes Diamond and Related Materials, 103, 107718 (год публикации - 2020)
10.1016/j.diamond.2020.107718

8. Екимов Е.А., Кондрин М.В. Chapter Six - High-pressure, high-temperature synthesis and doping of nanodiamonds Semiconductors and Semimetals, Diamond for Quantum Applications Part 1, Volume 103, 103, 161-199 (год публикации - 2020)
10.1016/bs.semsem.2020.03.006

9. Кривобок В.С., Екимов Е.А., Ляпин С.Г., Николаев С.Н., Скаков Ю.А., Разгулов А.А., Кондрин М.В. Observation of a 1.979-eV spectral line of a germanium-related color center in microdiamonds and nanodiamonds Physical Review B, 101, 144103 (год публикации - 2020)
10.1103/PhysRevB.101.144103

10. Лозинг Н.А., Гладуш М.Г., Еремчев И.Ю., Екимов Е.А., Наумов А.В. Stochastic superflares of photoluminescence from a single microdiamond with germanium-vacancy color centers: A general phenomenon or a unique observation Physical Review B, 102, 060301(R) (год публикации - 2020)
10.1103/PhysRevB.102.060301

11. Миллер С., Пууст Л., Екимов Е., Власов И., Ванетцев А., Виноградова Е., Орловский Ю., Трещалов А., Силдос И. Toward Performance and Applications of Large Area Optical Thermometry Based on the Luminescence of Germanium-Vacancy Defects in Diamond Nanocrystals Physica Status Solidi A, 2000217 (год публикации - 2020)
10.1002/pssa.202000217

12. Нгуен М., Николаи Т., Брадак К., Кианина М., Екимов Е.А., Мендельсон Н., Бенсон О., Агаранович И. Photodynamics and quantum efficiency of germanium vacancy color centers in diamond Advanced photonics, 1(6), 066002 (год публикации - 2019)
10.1117/1.AP.1.6.066002

13. Екимов Е.А., Ляпин С.Г., Григорьев Ю.В. Carbonization of Brominated Adamantane and Nanodiamond Formation at High Pressures Inorganic Materials, 56(4), 338–345 (год публикации - 2020)
10.1134/S0020168520030024

14. Кондрин М.В., Зибров И.П., Ляпин С.Г., Григорьев Ю.В., Хмельницкий Р.А., Екимов Е.А. A new pressure-induced mechanism of polyvinyl chloride pyrolysis with formation of nanodiamonds ChemNanoMat (год публикации - 2021)
10.1002/cnma.202000504

15. Екимов Е.А. Размерно-контролируемый синтез наноалмазов в гетероуглеводородных системах под давлением. QMT NANO 2020: 2-Я КОНФЕРЕНЦИЯ КВАНТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ НА НАНОМЕТРОВОЙ ШКАЛЕ, ТЕЗИСЫ ДОКЛАДОВ, 26 НОЯБРЯ 2020 Г., ИОФ РАН, МОСКВА, РОССИЯ, 9-10 (год публикации - 2020)

16. Екимов Е.А., Кондрина К.М., Зибров И.П., Ляпин С.Г., Ловыгин М.В., Казанский П.Р. Iodine-mediated high-pressure high-temperature carbonization of hydrocarbons and synthesis of nanodiamonds Materials Research Bulletin, 137, 111189 (год публикации - 2021)
10.1016/j.materresbull.2020.111189

17. Drozdova E.I., Chernogorova O.P., Lukina I.N., Sirotinkin В.P., Khomich A.A., Klyamkin S.N., Kondrin М.V., Ekimov E.A. Hydrogen-mediated transformation of fullerene at high pressures and temperatures Diamond and Related Materials, 120, 108667 (год публикации - 2021)
10.1016/j.diamond.2021.108667

18. Обыденнов Д.В., Шилкин Д.А., Элиас Е.И., Ярошенко В.В., Кудрявцев О.С., Зуев Д.А., Любин Е.В., Екимов Е.А., Власов И.И., Федянин А.А. Spontaneous Light Emission Assisted by Mie Resonances in Diamond Nanoparticles Nano Letters (год публикации - 2021)
10.1021/acs.nanolett.1c02616

19. Разгулов А.А., Ляпин С.Г., Новиков А.П., Екимов Е.А. Low-temperature photoluminescence study of GeV centres in HPHT diamond Journal of Luminescence, 242, 118556 (год публикации - 2022)
10.1016/j.jlumin.2021.118556

20. Разгулов А.А., Ляпин С.Г., Новиков А.П., Екимов Е.А. Low-temperature photoluminescence study of SnV centers in HPHT diamond Diamond and Related Materials, 116, 108379 (год публикации - 2021)
10.1016/j.diamond.2021.108379

21. Екимов Е.А., Кривок В.С., Кондрин М.В., Литвинов Д.А., Григорьев Л.Н., Королева А.В., Зазымкина Д.А., Хмельницкий Р.А., Аминев Д.Ф., Николаев С.Н. Structural and Optical Properties of Silicon Carbide Powders Synthesized from Organosilane Using High-Temperature High-Pressure Method Nanomaterials, 11, 3111 (год публикации - 2021)
10.3390/nano11113111

22. Обыденнов Д.В., Элиас Е.И., Шилкин Д.А., Ярошенко В.В., Зуев Д.А., Любин Е.В., Екимов Е.А., Кудрявцев О.С., Власов И.И., Федянин А.А. Purcell enhancement of fluorescence from silicon-vacancy color centers in Mie-resonant luminescent diamond particles Journal of Physics: Conference Series, 2015(1), 012101 (год публикации - 2021)
10.1088/1742-6596/2015/1/012101

23. Екимов Е.А., Кондрин М.В., Ляпин С.Г., Лебедь Ю.Б., Энкович П.В., Хмельницкий Р.А. Синтез и дефекты структуры, обусловленные получением алмаза в двойных системах графит-М (М- Sn, Pb) Неорганические маиериалы, 57,12,1–8 (год публикации - 2021)
10.31857/S0002337X2112006X

Публикации