[논문] 다이아몬드 반도체에서 발견된 새로운 특성

비교할 수 없는 경도와 투명성으로 종종 유명한 다이아몬드는 고전력 전자 장치 및 차세대 양자 광학을 위한 탁월한 소재로 부상했습니다. 다이아몬드는 붕소와 같은 불순물을 도입함으로써 금속만큼 전기 전도성을 갖도록 가공될 수 있습니다.

케이스 웨스턴 리저브 대학(Case Western Reserve University)과 일리노이 대학 어바나-샴페인(Urban-Champaign) 대학의 연구원들은 다이아몬드에서 또 다른 흥미로운 특성을 발견했습니다. 붕소붕소가 첨가된 다이아몬드로 알려져 있습니다.

그들의 발견은 기존 기술이 할 수 없는 방식으로 더 빠르고 효율적이며 정보를 처리할 수 있는 새로운 유형의 생체 의학 및 양자 광학 장치의 길을 열 수 있습니다. 그들의 결과는 네이처커뮤니케이션즈.

연구원들은 붕소가 첨가된 다이아몬드가 플라즈몬(빛이 닿을 때 움직이는 전자파)을 나타내어 전기장이 나노미터 규모로 제어되고 강화될 수 있음을 발견했습니다. 이는 고급 바이오센서, 나노크기 광학 장치, 태양전지 및 양자 장치 개선에 중요합니다.

이전에는 붕소가 첨가된 다이아몬드가 전기를 전도하여 초전도체가 되는 것으로 알려져 있었지만 플라즈몬 특성을 갖지는 않았습니다. 금속이나 다른 도핑된 반도체와 달리 붕소 도핑은 다이아 패 한 벌 광학적으로 투명한 상태를 유지합니다.

Case Western Reserve의 물리학 교수인 Giuseppe Strangi는 “다이아몬드는 계속해서 빛나고 있습니다”라고 말했습니다. “말 그대로 과학 기술 혁신의 등대로서 말입니다. 양자 컴퓨팅 커뮤니케이션, 이와 같은 발견을 통해 우리는 가장 근본적인 수준에서 재료의 잠재력을 최대한 활용하는 데 더 가까워졌습니다.”

일리노이 그레인저 공과대학의 핵, 플라즈마 및 방사선 공학 교수인 Mohan Sankaran은 “도핑이 다이아몬드와 같은 반도체의 광학 반응에 어떻게 영향을 미치는지 이해하면 이러한 물질에 대한 이해가 달라집니다.”라고 말했습니다.

나노 규모의 빛에 영향을 미치는 플라즈몬 물질은 수 세기 동안, 심지어 인류의 관심을 사로잡았습니다. 과학적 원리 이해되었다. 그만큼 중세 스테인드글라스 창문의 생동감 넘치는 색상 결과 금속 나노입자 유리에 내장되어 있습니다.

빛이 통과할 때 이러한 입자는 특정 색상을 생성하는 플라즈몬을 생성합니다. 금 나노입자는 루비 레드로 나타나는 반면, 은 나노입자는 생생한 노란색을 나타냅니다. 이 고대 예술은 빛과 물질 사이의 상호 작용을 강조하며 나노기술과 광학 분야의 현대적 발전에 영감을 줍니다.

탄소 원소의 투명한 결정으로 구성된 다이아몬드는 주기율표에서 탄소에 인접한 소량의 붕소와 합성될 수 있습니다. 붕소는 탄소보다 전자가 하나 적기 때문에 전자를 받아들일 수 있습니다. 붕소는 본질적으로 물질에 전류를 전도하는 물질의 능력을 증가시키는 효과가 있는 주기적인 전자 “구멍”을 엽니다. 붕소가 첨가된 다이아몬드 격자는 푸른 색조를 띠며 투명하게 유지됩니다. (유명한 호프 다이아몬드는 소량의 붕소를 함유하고 있기 때문에 파란색입니다.)

다른 것 때문에 독특한 속성– 화학적으로 불활성이며 생물학적으로 적합합니다. 붕소 첨가 다이아몬드는 다른 재료가 사용할 수 없는 상황에서 잠재적으로 사용될 수 있습니다. 의료 영상 또는 고감도 바이오칩 또는 분자 센서..

저압에서 합성된 다이아몬드는 1968년 Case Western Reserve(당시 Case Institute of Technology) 교수 John Angus에 의해 개척되었으며 2023년 사망했습니다. Angus는 붕소가 도핑된 다이아몬드의 전기 전도도에 대해 최초로 보고한 사람이기도 합니다.