Выпуски

 / 

2017

 / 

Июнь

  

Обзоры актуальных проблем


Примесно-вакансионные комплексы в алмазе: перспективы синтеза и применений

,
Институт физики высоких давлений РАН им. Л.Ф. Верещагина, Троицк, Москва, Российская Федерация

Яркая люминесценция примесно-вакансионных комплексов в алмазе в сочетании с его высокой химической и радиационной стойкостью делают алмаз привлекательным объектом для создания однофотонных эмиттеров и биомаркеров для применения в наноэлектронике и биомедицине. В обзоре обсуждаются два представителя дефектов подобного рода в алмазе: кремний—вакансия (SiV) и германий—вакансия (GeV). Показаны как их сходство с более изученными азотно-вакансионными (NV) комплексами, так и их отличие от последних. Недавнее открытие GeV-центра люминесценции в алмазе создаёт уникальные возможности контролируемого получения источников одиночных фотонов в наноалмазах. Показаны перспективы использования высоких давлений для создания однофотонных эмиттеров не только в сочетании с методами газофазного осаждения и ионной имплантации, но и в качестве самостоятельного метода получения центров люминесценции в наноалмазах. Сравнительное изучение характеристик однофотонных эмиттеров, принадлежащих одному классу примесно-вакансионных комплексов, имеет помимо практического применения фундаментальное значение, поскольку позволяет глубже понять их структуру, электронно-оптические свойства и природу "тёмных" состояний в этих кристаллических дефектах. В заключение перечислено несколько открытых, требующих решения, проблем, касающихся структуры, зарядового состояния и практического использования этих центров.

Текст: pdf
Войдите или зарегистрируйтесь чтобы получить доступ к полным текстам статей.
English fulltext is available at IOP
Ключевые слова: высокие давления, алмаз, примесно-вакансионные центры, центры окраски, люминесценция
PACS: 33.15.Pw, 33.50.Dq, 42.50.Ex, 61.46.−w, 61.71.U-, 63.20.kp, 63.20.Pw, 78.55.−m, 81.10.−h (все)
DOI: 10.3367/UFNr.2016.11.037959
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2017/6/a/
Цитата: Екимов Е А, Кондрин М В "Примесно-вакансионные комплексы в алмазе: перспективы синтеза и применений" УФН 187 577–598 (2017)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 20 июля 2016, доработана: 31 октября 2016, 8 ноября 2016

English citation: Ekimov E A, Kondrin M V “Vacancy-impurity centers in diamond: perspectives of synthesis and applicationsPhys. Usp. 60 539–558 (2017); DOI: 10.3367/UFNe.2016.11.037959

Список литературы (148) ↓ Статьи, ссылающиеся на эту (13) Похожие статьи (20)

  1. Clark C D, Norris C A J. Phys. C 4 2223 (1971)
  2. Davies G, Hamer M F Proc. R. Soc. London A 348 285 (1976)
  3. Zaitsev A M Optical Properties of Diamond: a Data Handbook (New York: Springer Science and Business Media, 2013)
  4. Zaitsev A M Phys. Rev. B 61 12909 (2000)
  5. Zaitsev A et al. Contrib. Gemology 14 41 (2014)
  6. Миронов В П и др. Геология и геофизика (5) 932 (2015); Mironov V P et al. Russ. Geology Geophys. 56 729 (2015)
  7. Pezzagna S et al. New J. Phys. 13 035024 (2011)
  8. Aharonovich I et al. Rep. Prog. Phys. 74 076501 (2011)
  9. Wrachtrup J, Jelezko F J. Phys. Condens. Matter 18 S807 (2006)
  10. Aharonovich I, Greentree A D, Prawer S Nature Photon. 5 397 (2011)
  11. Balasubramanian G et al. Nature Mater. 8 383 (2009)
  12. Dutt M V G et al. Science 316 1312 (2007)
  13. Bernien H et al. Nature 497 86 (2013)
  14. Neu E et al. New J. Phys. 13 025012 (2011)
  15. Aharonovich I et al. Phys. Rev. B 81 121201(R) (2010)
  16. Gaebel T et al. New J. Phys. 6 98 (2004)
  17. Rabeau J R et al. Nano Lett. 7 3433 (2007)
  18. Lesik M et al. Diamond Relat.Mater. 56 47 (2015)
  19. Sedov V et al. Diamond Relat. Mater. 56 23 (2015)
  20. Ральченко В, Конов В Электроника. Наука, технология, бизнес (4) 58 (2007)
  21. Stacey A et al. Diamond Relat. Mater. 18 51 (2009)
  22. Petrakova V et al. Adv. Funct. Mater. 22 812 (2012)
  23. Chang Y R et al. Nature Nano 3 284 (2008)
  24. Beveratos A et al. Eur. Phys. J. D 18 191 (2002)
  25. Vlasov I I et al. Nature Nano 9 54 (2014)
  26. Rehor I, Cigler P Diamond Relat. Mater. 46 21 (2014)
  27. Iwasaki T et al. Sci. Rep. 5 12882 (2015)
  28. Ральченко В Г и др. Краткие сообщения по физике ФИАН 42 (6) 15 (2015); Ralchenko V G et al. Bull. Lebedev Phys. Inst. 42 165 (2015)
  29. Palyanov Y N et al. Sci. Rep. 5 14789 (2015)
  30. Ekimov E A et al. Письма в ЖЭТФ 102 811 (2015); Ekimov E A et al. JETP Lett. 102 701 (2015)
  31. Magyar A et al. Nature Commun. 5 3523 (2014)
  32. Kagi H et al. Geochim. Cosmochim. Acta 58 2629 (1994)
  33. Kamioka H et al. Geochem. J. 30 189 (1996)
  34. Ueda K et al. Diamond Relat. Mater. 15 1789 (2006); Ueda K et al. Proc. of the Joint 11th Intern. Conf. on New Diamond Science and Technology and the 9th Applied Diamond Conf., ICNDST—ADC 2006 (2006)
  35. Ueda K, Kasu M Diamond Relat. Mater. 17 502 (2008); Ueda K, Kasu M Proc. of the Intern. Conf. on New Diamond and Nano Carbons 2007, NDNC 2007 (2007)
  36. Yan C S et al. Phys. Status Solidi A 201 R25 (2004)
  37. Charles S J et al. Phys. Status Solidi A 201 2473 (2004)
  38. Vagarali S S et al. "High pressure/high temperature production of colorless and fancy-colored diamonds" U.S. Patent No. 6,692,714 (2004)
  39. Wang W et al. Gems Gemology 12 6 (2005)
  40. Vins V G, Kononov O V Diamond Relat. Mater. 12 542 (2003)
  41. Vins V G, Kononov O V Diamond Relat. Mater. 65 1641 (1994); 13th European Conf. on Diamond, Diamond-Like Materials, Carbon Nanotubes, Nitrides and Silicon Carbide
  42. Хмельницкий Р А УФН 185 143 (2015); Khmelnitskii R A Phys. Usp. 58 134 (2015)
  43. Hei L et al. Diamond Relat. Mater. 30 77 (2012)
  44. Wentorf R H (Jr.) J. Phys. Chem. 69 3063 (1965)
  45. Вавилов В С и др. ФТП 14 1811 (1980); Vavilov V S et al. Sov. Phys. Semicond. 14 1078 (1980)
  46. Goss J P et al. Phys. Rev. Lett. 77 3041 (1996)
  47. Goss J P et al. Phys. Rev. B 72 035214 (2005)
  48. Goss J P, Briddon P R, Shaw M J Phys. Rev. B 76 075204 (2007)
  49. Jelezko F, Wrachtrup J Phys. Status Solidi A 203 3207 (2006)
  50. Doherty M W et al. Phys. Rep. 528 1 (2013)
  51. Hepp C J "Electronic structure of the silicon vacancy color center in diamond" Ph.D. Thesis (Saarbrucken: Univ. des Saarlandes, 2014)
  52. Gibbons J F Proc. IEEE 60 1062 (1972)
  53. Bolduc M et al. Phys. Rev. B 71 033302 (2005)
  54. Seidel T E et al. Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. B 7-8 251 (1985)
  55. Uzan-Saguy C et al. Appl. Phys. Lett. 67 1194 (1995)
  56. Kalish R et al. Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. B 148 626 (1999)
  57. Fontaine F et al. Diamond Relat. Mater. 3 623 (1994); Fontaine F et al. Proc. of the 4th European Conf. on Diamond, Diamond-like and Related Materials
  58. Harte B, Taniguchi T, Chakraborty S Mineralog. Mag. 73 201 (2009)
  59. Linnarsson M K et al. Silicon Carbide and Related Materials 2007 (Materials Science Forum) Vol. 600-603 (Eds A Suzuki et al.) (Zurich: Trans. Tech. Publ., 2009) p. 453
  60. Pezzagna S et al. New J. Phys. 12 065017 (2010)
  61. Orwa J O et al. J. Appl. Phys. 109 083530 (2011)
  62. Sung J C, Lin J Diamond Nanotechnology: Syntheses and Applications (Singapore: Pan Stanford, 2009)
  63. Sittas G et al. Diamond Relat. Mater. 5 866 (1996); Proc. of the 6th European Conf. on Diamond, Diamond-like and Related Materials
  64. Sittas G et al. Phys. Rev. B 51 16681 (1995)
  65. Bovernkerk H P et al. Nature 184 1094 (1959)
  66. Akaishi M, Kanda H, Yamaoka S Science 259 1592 (1993)
  67. Астахов М, Зиганшина Р, Шалимов М Изв. вузов Черная металлургия (3) 15 (1993)
  68. Ekimov E A et al. Nature 428 542 (2004)
  69. Yamaoka S et al. J. Cryst. Growth 125 375 (1992)
  70. Fang L, Ohfuji H, Irifune T J. Nanomater. 2013 201845 (2013)
  71. Kanda H, Akaishi M, Yamaoka S Appl. Phys. Lett. 65 784 (1994)
  72. Екимов Е А и др. ПТЭ (2) 157 (2004); Ekimov E A et al. Instrum. Exp. Tech. 47 276 (2004)
  73. Irifune T et al. Nature 421 599 (2003)
  74. Давыдов В А и др. Письма в ЖЭТФ 99 673 (2014); Davydov V A et al. JETP Lett. 99 585 (2014)
  75. Kanda H, Lawson S Industr. Diamond Rev. 55 56 (1995)
  76. Heyer S et al. ACS Nano 8 5757 (2014)
  77. Mandal S et al. Nanotechnology 21 195303 (2010)
  78. Ekimov E A et al. Adv. Mater. 27 5518 (2015)
  79. Onodera A, Suito K, Morigami Y Proc. Jpn. Acad. B 68 167 (1992)
  80. Jantzen U et al. New J. Phys. 18 073036 (2016); Jantzen U et al. arXiv:1602.03391
  81. Ekimov E A et al. Phys. Status Solidi A 213 2582 (2016)
  82. Bundy F P J. Chem. Phys. 38 631 (1963)
  83. Sumiya H SEI Tech. Rev. 74 15 (2012)
  84. Onodera A, Suito K Science and Technology of High Pressure. Proc. of the Intern. Conf. on High Pressure Sciene and Technology, AIRAPT-17, Honolulu, Hawaii, 25 - 30 July, 1999 (Eds M H Manghnani, W J Nellis, M F Nicol) (Hyderabad, India: Univ. Press, 2000)
  85. Davydov V et al. Carbon 90 231 (2015)
  86. Le Guillou C et al. Carbon 45 636 (2007)
  87. Shiomi H, Nishibayashi Y, Shikata S I "Semiconductor laser comprising rare-earth metal-doped diamond" U.S. Patent No. 5,812,573 (1998)
  88. Малашкевич Г Е и др. Письма в ЖЭТФ 77 341 (2003); Malashkevich G E et al. JETP Lett. 77 291 (2003)
  89. Gali A, Maze J R Phys. Rev. B 88 235205 (2013)
  90. Neu E et al. arXiv:1008.4736
  91. Hepp C et al. Phys. Rev. Lett. 112 036405 (2014)
  92. Rogers L J et al. Phys. Rev. B 89 235101 (2014)
  93. Gali A et al. Phys. Rev. Lett. 103 186404 (2009)
  94. Batalov A et al. Phys. Rev. Lett. 102 195506 (2009)
  95. Simon C, Irvine W T M Phys. Rev. Lett. 91 110405 (2003)
  96. Togan E et al. Nature 466 730 (2010)
  97. Huang K, Rhys A Proc. R. Soc. London A 204 406 (1950)
  98. Ребане К К Элементарная теория колебательной структуры спектров примесных центров кристаллов (М.: Наука, 1968); Пер. на англ. яз., Rebane К К Impurity Spectra of Solids. Elementary Theory of Vibrational Structure (New York: Plenum Press, 1970)
  99. Шека Е Ф УФН 104 593 (1971); Sheka E F Sov. Phys. Usp. 14 484 (1972)
  100. Franck J, Dymond E G Trans. Faraday Soc. 21 536 (1926)
  101. Condon E U Phys. Rev. 32 858 (1928)
  102. Frenkel J Phys. Rev. 37 17 (1931)
  103. de Jong M et al. Phys. Chem. Chem. Phys. 17 16959 (2015)
  104. Londero E et al. arXiv:1605.02955
  105. Dietrich A et al. arXiv:1407.7137
  106. Lin-Chung P J Phys. Rev. B 50 16905 (1994)
  107. Freysoldt C et al. Rev. Mod. Phys. 86 253 (2014)
  108. Van de Walle C G, Janotti A Advanced Calculation for Defects in Materials. Electronic Structure Methods (Eds A Alkauskas et al.) (New York: Wiley-VCH, 2011) p. 1
  109. Umari P et al. Advanced Calculation for Defects in Materials. Electronic Structure Methods (Eds A Alkauskas et al.) (New York: Wiley-VCH, 2011) p. 61
  110. Henderson T M, Paier J, Scuseria G E Advanced Calculation for Defects in Materials. Electronic Structure Methods (Eds A Alkauskas et al.) (New York: Wiley-VCH, 2011) p. 97
  111. Gali A, Fyta M, Kaxiras E Phys. Rev. B 77 155206 (2008)
  112. Giannozzi P et al. J. Phys. Condens. Matter 21 395502 (2009)
  113. Стишов С М УФН 171 299 (2001); Stishov S M Phys. Usp. 44 285 (2001)
  114. Ципенюк Ю М УФН 182 855 (2012); Tsipenyuk Yu M Phys. Usp. 55 796 (2012)
  115. Edmonds A M et al. Phys. Rev. B 77 245205 (2008)
  116. Davies G Phys. B 273-274 15 (1999)
  117. Enkovich P V et al. Phys. Rev. B 93 014308 (2016)
  118. Dietrich A et al. New J. Phys. 16 113019 (2014)
  119. Ekimov E A et al. Phys. Rev. B 95 094113 (2017)
  120. Keil T H Phys. Rev. 140 A601 (1965)
  121. Iakoubovskii K et al. Diamond Relat. Mater. 12 511 (2003); Iakoubovskii K et al. 13th European Conf. on Diamond, Diamond-Like Materials, Carbon Nanotubes, Nitrides and Silicon Carbide
  122. Iakoubovskii K J. Phys. Condens. Matter 14 R467 (2002)
  123. Iakoubovskii K, Stesmans A Phys. Rev. B 66 195207 (2002)
  124. Iakoubovskii K et al. Phys. Status Solidi A 193 448 (2002)
  125. D'Haenens-Johansson U F S et al. Phys. Rev. B 84 245208 (2011)
  126. Nadolinny V et al. Phys. Status Solidi A 212 2460 (2015)
  127. Thiering G, Gali A Phys. Rev. B 92 165203 (2015)
  128. Komarovskikh A Y et al. 21st Hasselt Diamond Workshop 2016, SBDD XXI, March 9 - 11, 2016, Hasselt, Belgium; Komarovskikh A Y et al. http://ppt-online.org/38143
  129. Nadolinny V et al. Phys. Status Solidi A 213 2623 (2016)
  130. Aslam N et al. New J. Phys. 15 013064 (2013)
  131. Siyushev P et al. Phys. Rev. Lett. 110 167402 (2013)
  132. Leifgen M et al. New J. Phys. 16 023021 (2014)
  133. McGuinness L Quantum Information Processing with Diamond. Principles and Applications (Eds S Prawer, I Aharonovich) (Amsterdam: Elsevier, Woodhead Publ., 2014) p. 219
  134. Fox K, Prawer S Quantum Information Processing with Diamond. Principles and Applications (Eds S Prawer, I Aharonovich) (Amsterdam: Elsevier, Woodhead Publ., 2014) p. 291
  135. Palyanov Y N et al. Cryst. Growth Design 16 3510 (2016)
  136. Bradac C et al. Nano Lett. 9 3555 (2009)
  137. Barnard A, Sternberg M Diamond Relat. Mater. 16 2078 (2007); Barnard A, Sternberg M Proc. of the Joint Intern. Conf. Nanocarbon and Nanodiamond 2006
  138. Barnard A, Sternberg M Proc. IEEE Int. Conf. Comput. Syst. Signal 175 8 (1984)
  139. Weinfurter H Quantum Information Processing with Diamond. Principles and Applications (Eds S Prawer, I Aharonovich) (Amsterdam: Elsevier, Woodhead Publ., 2014) p. 21
  140. Neu E, Becher C Quantum Information Processing with Diamond. Principles and Applications (Eds S Prawer, I Aharonovich) (Amsterdam: Elsevier, Woodhead Publ., 2014) p. 127
  141. Beveratos A et al. Phys. Rev. Lett. 89 187901 (2002)
  142. Aspect A Quantum (Un)Speakables. From Bell to Quantum Information (Berlin: Springer, 2002) p. 119
  143. Dutt G, Momeen M Quantum Information Processing with Diamond. Principles and Applications (Eds S Prawer, I Aharonovich) (Amsterdam: Elsevier, Woodhead Publ., 2014) p. 195
  144. Mattle K et al. Phys. Rev. Lett. 76 4656 (1996)
  145. Bliniv B B et al. Nature 428 153 (2004)
  146. Schug M et al. Phys. Rev. Lett. 110 213603 (2013)
  147. Rogers L J et al. Phys. Rev. Lett. 113 263602 (2014)
  148. Becker J N et al. Nature Commun. 7 13512 (2016)

© Успехи физических наук, 1918–2020
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение