Один из видов точечных дефектов алмазов позволяет использовать его в качестве квантового бита для организации вычислений или хранения данных. Мешать этому может несовершенство технологии выращивания сверхчистых алмазных дисков, что стало вызовом для учёных. Вызов приняли японцы и смогли найти интересное решение проблемы.
Источник изображения: Saga University
Если в любом узле кристаллической решётки алмаза один из атомов углерода заменить (связать) на атом азота, то такое нарушение кристаллической структуры алмаза будет называться азото-замещённой вакансией в алмазе или NV-центром. Такой точечный дефект обладает квантовыми свойствами, которыми легко управлять светом, магнитными полями или с помощью иных воздействий даже при комнатной температуре. В частности, NV-центр можно использовать для записи и хранения данных.
Особенность алмазных структур с NV-центрами в том, что азота не должно быть слишком много. Поэтому для практического использования алмазных носителей данных необходимо либо выпускать очень большие по площади диски с допустимыми примесями азота (так сказать, «размазать» азот по большой площади), либо выращивать максимально чистые алмазы со строго контролируемым объёмом примесей, что технически намного сложнее.
До сих пор сверхчистые алмазы едва превышали по площади 4 мм2, что крайне мало. Однако японским исследователям из Университета Сага и японской компании Adamant Namiki Precision Jewelery удалось разработать технологию выращивания сверхчистых алмазных пластин диаметром 2 дюйма (5 см). Теоретически каждый такой диск может хранить до 25 Эбайт данных, что эквивалентно записи на один алмазный носитель миллиарда 25-Гбайт дисков Blu-Ray.
Секрет успеха в особой структуре подложки, на которой выращивался алмазный диск. Обычно это ровная плоская поверхность. В процессе роста и на его ранних этапах сверхчистый алмаз на такой поверхности часто ломался под собственным весом. Чтобы предотвратить растрескивание, учёные предложили ступенчатую поверхность подложки, которая распределяла бы вес растущего алмаза более равномерно. Новая подложка позволила вырастить очень и очень чистый алмаз диаметром 5 см с чистотой 3·10-9. Но на этом учёные не успокоились и теперь планируют вырастить алмаз вдвое большего диаметра.