Алмазы для деликатной термометрии
Синтетические алмазы сегодня используются в разных областях техники и науки. Режущий инструмент, абразивы, теплоотводы для мощных лазеров и транзисторов, оптические окна в СО-лазерах, детекторы УФ-излучения в исследовательских установках — список приложений синтетических алмазов постоянно расширяется. Совершенный, «чистый» кристалл алмаза, свободный от дефектов и примесей, проявляет свойства изолятора, но стоит в нём появиться точечным дефектам, как он превращается в полупроводник.
Точечные дефекты могут возникать в результате внедрения в кристалл примесных (чужеродных) атомов в междоузлия или в узлы кристаллической решётки. Попадая в кристалл алмаза в процессе роста или после его окончания, такие примеси могут выступать в качестве центров окраски, которые люминесцируют.
Физики из МФТИ и ФИАН исследовали люминесцентные свойства промышленных порошков алмазов, содержащих примеси никеля, на предмет их применимости для термометрии. Люминесцентная термометрия — довольно широко применяемый метод измерения температуры в микросхемах, двигателях и биологических объектах.
Суть метода состоит в следующем: в исследуемую область помещают люминесцентную частицу, которая выступает в роли датчика, и освещают её лазером. Температуру определяют по форме полученного спектра свечения частицы и длительности люминесценции. Для исследования биологических объектов этот спектр должен лежать в ближней инфракрасной области (от 750 до 1000 нм), иначе излучение будет сильно поглощаться тканями. Кроме того, необходимо, чтобы такой микродатчик был достаточно прочным и химически стойким и его показания не зависели от магнитных и электрических полей среды. Алмаз с примесями никеля — один из материалов, который удовлетворяет этим требованиям. Такие алмазы просты в производстве: их получают в промышленности при создании алмазного порошка с использованием никеля в качестве катализатора процесса. А диапазон длин волн их люминесценции оптимален для биологических исследований (в отличие от диапазона длин волн люминесценции широко встречающихся дефектов алмаза, связанных с внедрением в его решётку атома азота). Кроме того, алмазы биосовместимы и «долгоживучи», то есть мало подвержены деградации.