Ниобий, блестящий переходный металл серебристо-серого цвета, может облегчить использование алмазов в оптике, электронике и электрохимии. Такой вывод сделали ученые из Сколковского института науки и технологий (Сколтех) и Физического института им. П. Н. Лебедева РАН по итогам исследования, результаты которого опубликованы в Journal of Alloys and Compounds.
Алмазы обладают рядом физико-механических свойств, востребованных в электронике: высокой твердостью, теплопроводностью, большим показателем преломления. Для использования в этих сферах алмазы, как правило, подвергаются металлизации: на их поверхность наносится тонкий слой переходного металла. Однако в ряде случаев ограничением является низкая адгезия алмаза, то есть его связь с переходным металлом.
«У алмаза есть два ограничения, связанные с синтезом больших пластин и его металлизацией: когда мы начинаем металлизировать алмаз, то большинство контактов на нем не держится. Например, когда мы работали над детекторами для ионизирующего излучения и наносили золото и другие материалы, адгезия контактов к алмазу была очень плохой. В тот момент мы задались вопросом, как можно улучшить адгезию контактов к алмазу», — цитирует Сколтех старшего преподавателя Центра технологий материалов Станислава Евлашина.
Одним из решений этой проблемы является спекание алмаза с титаном, хромом, танталом и цирконием: при взаимодействии с углеродом формируется слой карбида металла, который отличается хорошей сверхпроводимостью, высокой температурой плавления и механической прочностью. Ученые из Сколтеха и Физического института им. П. Н. Лебедева решили попробовать в этом качестве ниобий, который, как и тантал, относится к категории переходных металлов.
«Мы попытались сделать сверхпроводник на поверхности алмаза и пришли к тому, что если на нее наносить ниобий, а потом его отжигать и получать карбид ниобия, то при отжиге происходит химическая реакция с поверхностью и возникают следующие превращения: пленка ниобия после нагрева переходит в соединение Nb₂C, и после дальнейшего нагрева больше 1200 ℃ она переходит в NbC», — приводит Сколтех слова Станислава Евлашина.
Эксперименты, проведенные в ходе исследования, показали, что полученный карбамид ниобия обладает свойством сверхпроводимости. Благодаря высокой теплопроводности пленки ее нанесение на поверхность алмаза позволяет получить сверхчувствительный детектор. Это открытие упростит применение алмазов в электронике.
