Теги → алмаз

В 2019 году появятся смартфоны со сверхпрочным алмазным покрытием экрана

От падения смартфона никто не застрахован. И если он упадёт экраном вниз, то, скорее всего, это закончится трещиной в дисплее, ремонт которого обойдётся владельцу устройства в немалую сумму.

Производители используют для защиты экранов мобильных устройств от повреждений при ударах и падениях химически усиленное стекло Gorilla Glass, небьющиеся покрытия, а иногда и сапфировое стекло.

Ресурс Cnet сообщил о разработке компанией Akhan Semiconductor нового вида сверхпрочного покрытия — «алмазного стекла», которое можно применять для защиты экрана в сочетании с другими видами покрытия, как, например, Gorilla Glass, в качестве верхнего слоя.

В «алмазном стекле» Mirage Diamond Glas используется нанокристаллическая структура с кристаллами, распределёнными случайным образом, а не выстроенными вдоль кристаллографических плоскостей, что препятствует появлению в нём глубоких трещин и повреждению находящегося под ним материала.

Изготовленное из алмазов, выращенных в лаборатории, стекло Miraj Diamond Glass обещает быть гораздо более прочным, чем другие материалы, используемые для покрытия хрупкого электронного дисплея телефона. Первые сообщения об «алмазном стекле» Mirage Diamond Glass появились в феврале прошлого года. Тогда генеральный директор Akhan Semiconductor Адам Хан (Adam Khan) пообещал, что устройства с алмазным покрытием экрана появятся на рынке к концу 2017 года, однако этого не произошло.

Теперь Адам Хан говорит, что многообещающая новая технология была проверена с партнёрами, раскрыть которых компания пока не готова. Партнёры Akhan Semiconductor провели стресс-тестирование «алмазного стекла» на прочность, а также убедились, что алмазное покрытие передаёт электрические сигналы и не создаёт помех для управления телефоном с помощью касаний сенсорного экрана.

По словам Хана, сейчас ведётся работа над минимизацией отражательной способности «алмазного стекла». На экране с более высоким коэффициентом отражения труднее читать текст из-за возникновения бликов. Для устранения бликов приходится увеличивать яркость, из-за чего быстрее разряжается аккумулятор телефона.

Хан заявил, что первые гаджеты с покрытием Mirage Diamond Glass появятся в 2019 году. Скорее всего, это будет флагманское устройство, так как процесс изготовления и нанесения на дисплей «алмазного стекла» стоит недёшево.

Адам Хан также сообщил, что его компания сотрудничает только с одним вендором в каждой категории устройств. В случае успеха сотрудничества с производителем смартфонов, «алмазное стекло» может появиться в фитнес-трекерах и других устройствах.

Алмазное защитное стекло может стать уникальной «фишкой» для одного из производителей

Поцарапанный экран смартфонов или смарт-часов — явление нередкое даже с учётом использования в мобильных устройствах защитного стекла серии Gorilla Glass. В качестве альтернативы детищу Corning Inc. сегодня уже предлагаются сапфировые стёкла, которые устанавливаются в премиальные смартфоны — модель HTC U Ultra стоимостью $920 и продукцию Vertu с ценником в несколько тысяч долларов. Также сапфир можно встретить в линзах камер мобильных устройств и смарт-часах, где он защищает от царапин экран носимой электроники. 

И хотя сапфир ввиду своей дороговизны пока не приобрёл должной популярности в обозначенных сегментах индустрии, материал давно зарекомендовал себя благодаря уникальным свойствам. Яркий тому пример — классические часы от именитых швейцарских и не только производителей. Однако будущее, согласно утверждению генерального директора Akhan Semiconductor Адама Хана (Adam Khan), лежит за так называемым «алмазным стеклом», надёжность которого не идёт ни в какое сравнение с закалёнными минеральными стёклами и даже сапфиром.  

Стекло Mirage Diamond Glass, готовое к запуску в серию усилиями Akhan Semiconductor, окажется не только значительно крепче аналогов без драгоценного покрытия, но и обеспечит более чистую картинку. По словам господина Хана нанесение специального алмазного напыления на Gorilla Glass сделало стекло в десять раз твёрже и в шесть раз прочнее оригинальной версии. 

Первоначальный объём поставок стекла с алмазным покрытием должен составить от 10 до 30 млн единиц, а число таких стёкол для смарт-часов и вовсе ограничится тиражом в 1 млн экземпляров. Адам Хан убеждает, что стоимость алмазного стекла не превысит наценку за технологию Moto ShatterShield (в смартфоне Moto X Force).

Увы, но Mirage Diamond Glass станет атрибутом лишь обособленной категории гаджетов. Несмотря на весьма радужные перспективы относительно ценовой политики Akhan Semiconductor на своё изобретение, их алмазные стёкла станут эксклюзивной опцией по иной причине. Договор о поставках Mirage Diamond Glass будет заключён лишь с одним производителем смартфонов и одной компанией, занимающейся выпуском носимых гаджетов. Появление гаджетов с алмазным стеклом стоит ожидать к концу 2017 года.  

«Квантовый алмаз» открывает путь к компьютерам будущего

Работа, проделанная российскими и итальянскими учёными, позволяет говорить о том, что существует возможность превращения искусственно созданных дефектов кристаллической решётки алмаза в сверхъяркие и эффективные квантовые излучатели. А это открывает путь к созданию различных квантовых систем, включая вычислительные комплексы будущего.

В исследованиях принимали участие Дмитрий Федянин, физик из Лаборатории нанооптики и плазмоники Центра наноразмерной оптоэлектроники МФТИ, а также Марио Аджио из Центра квантовых наук и технологий в Арчетри (Италия).

Учёные исследовали возможность создания эффективных однофотонных источников с электрической накачкой — устройств, излучающих одиночные фотоны при пропускании электрического тока. Иными словами, они дают возможность сгенерировать одиночный фотон «по требованию», просто приложив напряжение, причём вероятность получить на выходе ноль фотонов исчезающе мала, а генерация одновременно двух и более фотонов невозможна. Переход на однофотонные технологии позволит не только более чем в тысячу раз повысить энергоэффективность существующих устройств обработки и передачи информации, но и откроет путь к созданию различных квантовых систем.

Изыскания исследователей позволяют говорить о том, что эффективные источники одиночных фотонов можно получить за счёт дефектов в структуре алмаза на атомном уровне. Так, прикладывая напряжение к алмазному нанодиоду с искусственно созданным внутри него центром окраски, можно с высокой частотой генерировать одиночные фотоны.

Более подробную информацию об исследовании и перспективах практического использования предложенной технологии можно найти в статье МФТИ

В России предложен метод синтеза ультратвёрдых материалов

Российские учёные разработали технологию синтеза материала, который по твёрдости превосходит алмаз. Речь идёт о фуллерите — полимере на основе фуллеренов.

В работе приняли участие исследователи из Технологического института сверхтвёрдых и новых углеродных материалов в Троицке, Московского физико-технического института (МФТИ), Национального исследовательского технологического университета МИСиС и Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова (МГУ).

Учёные отмечают, что алмаз уже давно не является самым твёрдым материалом. Натуральные алмазы имеют твёрдость около 150 гигапаскалей, в то время как данный показатель ультратвёрдого фуллерита составляет от 150 до 300 гигапаскалей.

Фуллериты, как уже отмечалось, состоят из фуллеренов, которые, в свою очередь, представляют собой молекулы углерода в виде сфер, образованных 60 атомами. В фуллерите, синтезированном российскими исследователями, молекулы С60 связаны друг с другом ковалентными связями во всех направлениях — этот материал учёные называют трёхмерным полимером.

Однако методов, позволяющих получать это перспективное вещество в промышленных масштабах, пока не существует. Обусловлено это очень высоким давлением, которое необходимо создать для начала реакции. Образование трёхмерного полимера начинается при давлениях от 13 ГПа или 130 тысяч атмосфер — а создать такое давление в большом объёме современная техника не позволяет.

Фотография индентора Виккерса, изготовленного из ультратвердого фуллерита / МФТИ

Фотография индентора Виккерса, изготовленного из ультратвердого фуллерита / МФТИ

Российские учёные показали, что добавление к исходной смеси реагентов сероуглерода, CS2, играет роль катализатора в синтезе фуллерита. Это вещество синтезируется в промышленных масштабах, активно используется на различных предприятиях, а технологии работы с ним хорошо отработаны. Сероуглерод, как показали эксперименты,  конечный продукт, но выступает в роли катализатора. За счёт него образование сверхтвёрдого материала становится возможным при меньшем давлении — 8 ГПа, причём при комнатной температуре, в то время как предыдущие попытки синтезировать фуллерит при 13 ГПа требовали нагрева до 1100К (свыше 820 градусов Цельсия). 

Флуоресцентная алмазная пыль поможет диагностировать раковые клетки

Похоже, что такой минерал, как алмаз, сможет в скором времени прийти на помощь врачам и их пациентам, у которых была диагностирована раковая опухоль. В рамках исследования по выявлению признаков онкологических заболеваний специалисты достаточно молодой компании Bikanta «взяли на вооружение» флуоресцентные наноалмазы. Несмотря на стереотипы о дороговизне данной формы углерода, технологи сочли вполне достаточным использование простой алмазной пыли или микроскопических дефектных частиц.

Заявленная методика диагностирования позволяет обнаружить раковые клетки, отколовшиеся от первоначального злокачественного новообразования, и способные перемещаться по кровеносным и лимфатическим сосудам, а также внутренним полостям тела. Впоследствии они становятся причиной появления в организме больного вторичного очага заболевания — метастазов.

Учёные из Bikanta решили отойти от общепринятого и не всегда эффективного способа диагностики. Прежде в медицине существовало такое понятие, как флуоресцентные квантовые точки. Они представляют собой наночастицы из селинида кадмия, сульфида кадмия или сульфида цинка, которые выступают в роли специальных маркеров для обнаружения раковых клеток. При нанесении на квантовые точки биологических меток, вроде белка или фрагментов ДНК/РНК с характерным для этих материалов свойством сцепления с поверхностью клеток раковой опухоли, квантовые точки становились своеобразным маячком, испуская видимое на медицинских приборах яркое свечение. Однако выбранные для такого метода химические соединения являются не только неприемлемо токсичными (несколько лет назад удалось создать нетоксичные квантовые точки из наночастиц карбида), но и способствуют высоким фоновым помехам, а также обладают целым рядом технических ограничений. Все перечисленные недостатки делали данный метод  изучения клеток весьма далёким от совершенного. 

Флуоресцентные квантовые точки

Теперь же актуальной заменой для привычных флуоресцентных квантовых точек может выступить вводимая в организм пациента микроскопическая алмазная крошка, которая, как утверждается, намного безопаснее. Частицы драгоценного углерода выступают идеальным детектором для определения молекулярных дефектов и аномалий, которые могут являться сигналом о поражении того или иного органа отколовшейся от раковой опухоли клеткой. Своевременное обнаружение описанного явления должно позволить врачам гораздо оперативнее предотвращать распространение рака по организму.  

В своём интервью автор предложенной концепции Доктор Амбика Бамб (Dr. Ambika Bumb) объяснил, по какой причине было принято решение начать поиски нового способа диагностики и почему ведущие специалисты компании предпочли остановиться именно на алмазной пыли. Необходимо начать с того, что все доступные сегодня онкологам методики малоэффективны для своевременного выявления небольших опухолей и откалывающихся от них клеток. Несовершенство медицины при борьбе с раком косвенно приводит к такому явлению, как зарождение микрометастатической (вторичной) опухоли. Такие клетки представляют особую опасность из-за того, что они остаются незамеченными до самого последнего момента и стимулируют образование в теле пациента ещё одной злокачественной раковой опухоли уже совсем в другом месте.

С другой стороны диагностика с флуоресцирующими частицами алмаза имеет неоспоримые преимущества — они не теряют со временем своих свойств, а врачи видят на приборах фотостабильную, достаточно однозначную и чётко выделяемую картину происходящего в организме больного, практически без ограничения по времени. К тому же показание «сигнал-фон» при использовании алмазной микрочастицы в сто раз лучше, если сравнивать данный параметр со значением, характерным для обычных меток. Достигнутые показания вовсе не являются пределом для учёных.

Однако это далеко не весь список потенциальных возможностей благородного минерала. Взяв за основу предложенную инженерами Bikanta технологию, уже в будущем можно использовать подобные частицы не только для диагностики, но и для лечения. Предполагается, что «умные» лекарства будущего, в состав которых войдут те самые алмазные наночастицы, смогут самостоятельно находить повреждённые болезнью клетки. 

Алмазные чипы – будущее электроники

Развитие современной электроники напрямую связано с возможностью нарезать чипы из пластин кремния. Группа японских исследователей Diamond Wafer Team под руководством Хидэаки Ямада (Hideaki Yamada) считает, что наступит время, когда вместо кремния можно будет использовать искусственные алмазы. Алмаз обладает самой лучшей теплопроводностью, а это может снять множество проблем с охлаждением кристалла чипа. В то же время искусственный алмаз – изолятор, но добавка определенных примесей превращает его в полупроводник. Основная проблема в использовании алмазов в качестве подложек для чипов – малый размер получаемых кристаллов. Размер алмазной пластинки, получаемой современным методом осаждения пара в плазме метана, не превышает 1 кв.см. Чтобы получить большую площадь кристалла ученые пытаются сращивать несколько пластинок в одну. Однако для этого необходимо получить кристаллы с единообразной структурой и ориентацией решетки, иначе полученный монокристалл не будет пригоден для создания чипа из-за дефектов.
Алмазная пластина
Исследователям Diamond Wafer Team удалось разработать технологию, при которой из одного кристалла-затравки можно вырастить несколько пластин-клонов с одинаковой структурой. В результате ученые получили монокристалл площадью в квадратный дюйм (2,5х2,5 мм) из шести пластин. Ямада говорит, что их метод получения пластин-клонов не ограничивает площадь кристалла и в течение года команда собирается представить алмазные пластины размером 50х50 мм и 75х75 мм. Материалы по теме: Источник:

Планеты сокровищ: научный факт и уже не фантастика

Планеты Солнечной системы в наше время представляют для ученых и астрономов лишь научный интерес. Однако может случиться так, что небесные тела, находящиеся от Земли на расстоянии миллионов километров, превратятся в места для добычи ценных минералов и веществ. В ходе недавних экспериментов по изучению поведения алмазов в экстремальных условиях ученые пришли к выводу, что на планетах Нептун и Уран могут существовать самые настоящие алмазные айсберги, плавающие в алмазных морях.
Планеты сокровищ: научный факт и уже не фантастика
Во время опытов алмазы подвергались воздействию очень высоких температур и давления в 40 миллионов раз большего, чем атмосферное. Как оказалось, при плавлении минерал ведет себя почти так же, как вода. По мнению специалистов, присутствие на поверхности Нептуна и Урана «алмазных» морей и океанов объясняет необычную структуру магнитных полей этих планет, которые существенно «наклонены» по отношению к осям. Одна из гипотез, служащих в пользу этому утверждению – наличие на обеих планетах углерода. Эти небесные тела на 10% состоят из углерода, который, в свою очередь, является неотъемлемой составляющей алмазов.
Планеты сокровищ: научный факт и уже не фантастика
К сожалению, на 100% быть уверенным в том, что на поверхности Урана и Нептуна действительно есть «алмазные» моря и айсберги, можно будет лишь после отправки к этим небесным телам научных экспедиций или же попытки симуляции необходимых условий в лаборатории. В случае, если ученым удастся наладить добычу алмазов на Нептуне или Уране, просить деньги у инвесторов и правительств стран на осуществление космических запусков и полетов ученым уже не придется. Материалы по теме: - Астронавты прилетят на Марс в 2020-х годах;
- Охота на экзопланеты. Оружие – методы поиска тёмной энергии;
- Потенциально обитаемые экзопланеты – у половины соседних звёзд?.

Получен алмазный 50-нм транзистор

В числе кандидатов на роль возможной замены кремнию, использующегося сегодня для изготовления большинства интегральных микросхем, применяющихся главным образом в вычислительной технике, присутствуют не только углеродные нанотрубки и листы графена. Еще одним многообещающим материалом является алмаз, тем более, что исследователям уже удавалось создавать алмазные транзисторы – японские ученые, сотрудники NTT, смогли сконструировать транзистор с алмазным затвором толщиной всего сто нанометров. Совсем недавно появилась информация, что сотрудникам Университета Глазго удалось существенно улучшить технологию изготовления аналогичных наноструктур. Начиная с 1947 года, года изобретения транзистора, подобные устройства изготовлялись либо на основе кремния – главным образом, вычислительная техника; либо арсенида галлия, более подходящего для радиочастотных ИС. Это обусловлено рядом достоинств и недостатков указанных полупроводниковых материалов, которых, оказывается, лишен алмаз. Согласно отчету исследователей Университета Глазго, им удалось создать алмазный транзистор, ширина затвора которого составляет 50 нм – наилучший на текущий момент результат. Необходимость в снижении толщины затвора транзистора обусловлена повышением его скоростных характеристик, а значит, и производительности интегральных микросхем.
Алмазный транзистор
В свою очередь, «алмазная» электроника приведет к развитию совершенно новых технологий, например, «терагерцевое сканирование» и автомобильные системы определения и просчета столкновений. В первом случае имеется в виду системы сканирования материалов и объектов при помощи электромагнитных волн частотой несколько терагерц. Это соответствует верхней границе диапазона микроволн и нижней границе инфракрасного излучения. Электромагнитные терагерцевые волны абсолютно безопасны для здоровья человека, а значит, могут найти широкое применение в таких устройствах, как сканеры безопасности, позволяющие обнаружить оружие под одеждой, или новое поколение медицинских сканеров. Что касается систем автомобильной безопасности, то «алмазная» электроника может лечь в основу автомобильных радаров. Такие устройства смогут определять наличие объектов в опасной близости от автомобиля и заранее дать команду для активации систем безопасности транспортного средства. Такая область применения диктует свои требования к интегральным микросхемам, которые должны отличаться не только высокой производительностью, но и стабильной работой в самых тяжелых условиях. Этим требованиям и отвечает электроника на основе «алмазных» транзисторов. Если же у читателя закрадутся сомнения по поводу высокой стоимости подобных устройств, то спешим его информировать – в данном случае применяются искусственные алмазы, полученные методом химического осаждения из паровой фазы. Материалы по теме: - IT-Байки: Электроника-2020 – жизнь после смерти кремния;
- Первый взгляд на посткремниевую электронику;
- Транзисторы могут быть плазменными;
- IT-байки: Электроника будущего - бумажная, органическая, фотонная?

Создан алмазный светодиод, работающий при 400 °С

Японский Национальный институт передовых наук и технологий (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, AIST) разработал светодиод (LED) дальнего УФ-излучения (deep UV), который использует алмазный полупроводник. Светодиод дальнего УФ-излучения составлен из 2-мм квадратной алмазной подложки, на которой расположен алмазный полупроводник. Это устройство выделяет дальнее УФ-излучение с длиной волны 235 нм. Мощность при токе в 320 мА составляет 30 мкВт. "Светодиод очень близок к практическому использованию", — говорит Сатоси Ямасаки (Satoshi Yamasaki), главный исследователь Научно-исследовательского института энергетики при AIST и профессор Университета Тсукубы. По данным AIST, новый светодиод имеет два главных отличия. Первым является светоотдача, которая возрастает даже при подаче тока большой величины. Вторым — выдающаяся термостойкость.
4A.jpg
В частности, когда ток с плотностью, превышающей 2 000 А/см2, прикладывается к электроду диаметром 120 мкм, светоотдача продолжает возрастать без эффекта насыщения, по данным AIST. На данный момент рабочая плотность тока светодиода дальнего УФ-излучения с AlGaN-полупроводниками ограничена уровнем в 500 А/см2. Высокую термостойкость характеризует тот факт, что, когда температура поднимается с комнатной до 420 °С, интенсивность светоизлучения не снижается, а продолжает нарастать.
4C.jpg
В отличии от обычных LED алмазные светодиоды выделяют свет вследствие генерации экситонов. Экситон является электронно-дырочной парой, которая ведет себя как один из видов частиц. В частности, они чувствительны к температуре и часто распадаются с большой скоростью. "Однако генерируемые алмазным светодиодом экситоны очень стабильны и не разрушаются до 600 °С", — говорит Тосихару Макино (Toshiharu Makino), исследователь из Научно-исследовательского института энергетики при AIST. Этот факт является главной причиной большого сопротивления высокой температуре.
4B.jpg
Пока существуют некоторые проблемы в коммерциализации алмазных светодиодов. Не только из-за того, что алмазные подложки очень дороги, но и потому, что доступные подложки имеют размер в несколько квадратных миллиметров. Однако разработчики утверждают, что уже разрабатывается способ укладки поликристаллической алмазной полупроводниковой пленки на кремниевую подложку. "Прототип, созданный при помощи этой новой техники, имеет эффективность лишь на порядок ниже, чем у представленных светодиодов", — говорит Макино. "Поскольку для этого требуются сравнительно доступные материалы, такие как кремний и метан, то такая технология может стать реальностью, и производство алмазных светодиодов будет иметь очень низкую стоимость". Материалы по теме: - Сверхтонкие осветительные LED-модули из Кореи;
- Прозрачные OLED-панели и другие новинки Lighting Fair 2009;
- Переход на светодиодную подсветку откладывается.