Тези доповідей Школи-конференції молодих вчених «Прохоровського тижня»
Наукова стаття на тему 'Люмінесценція одиночних SiV центрів в CVD алмазних нанокристалах, вирощених в режимі спонтанної нуклеации'

Текст наукової роботи на тему «Люмінесценція одиночних SiV центрів в CVD алмазних нанокристалах, вирощених в режимі спонтанної нуклеации»

?Люмінесценція одиночних SiV центрів в CVD алмазних нанокристалах, вирощених в режимі спонтанної нуклеации

1 2 Пастернак Д.Г. , Мартьянов А.К. ,

1 13

Кудрявцев О.С. Ромшін А.М. '

1 - ЦЕНИ, ОСПЯ, лабораторія вуглецевої нанофотоніки

2 - ЦЕНИ, ОСПЯ, лабораторія алмазних матеріалів

3 - МДУ ім. М.В. Ломоносова, фізичний факультет

Е-mail: dg.pasternak@physics. msu. ru

Алмазні кристали нанометрового розміру, що містять різноманітні центри забарвлення, є перспективним матеріалом для створення на їх основі джерел одиночних фотонів, чутливих наномагнітометров [1], люмінесцентних маркерів для біомедицини. У даній роботі досліджуються люмінесцентні характеристики одиночних центрів «кремній-вакансія» (SiV) в алмазних наночастицах. Наноалмази (НА) ростили CVD методом в СВЧ-плазмовому реакторі з метан-водневої суміші в умовах їх спонтанного зародження на кремнієвій і сапфіровою підкладках. SiV центри формувалися в алмазної решітці в процесі синтезу: джерелом кремнію служив силан (в разі сапфіровою підкладки) або сама кремнієва підкладка, що піддається травленню в плазмі реактора. Час зростання становило від 5 до 30 min. Морфологія кристалів досліджувалася за допомогою скануючого електронного мікроскопа і атомно-силового мікроскопа, люмінесцентні властивості в при кімнатних і гелієвих температурах в умовах нерезонансного і резонансного збудження SiV центрів - за допомогою конфокального люмінесцентного мікроскопа, поєднаного з монохроматором.

На прикладі зразка, вирощеного на кремнії протягом 15 min, з характерними розмірами частинок від 50 до 350 nm, вивчалася рівномірність розподілу концентрації SiV центрів за обсягом цього зразка. Концентрація SiV оцінювалася зі співвідношення інтенсивності SiV люмінесценції окремої алмазної частинки до її обсягом, пропорційному інтенсивності КР лінії алмазу. Для зразка з найменшими характерними розмірами частинок (50-

100 nm), вирощеного на кремнії протягом 5 min, вдалося вирішити люмінесцентні лінії одиночних SiV центрів з довжиною хвилі поблизу 738 nm в індивідуальних кристалітів при гелієвих температурах в умовах як резонансного (рис. 1), так і нерезонансного збудження.

Ф

х н

Про

про

0

1

ш S

0

1

ф

Довжина хвилі резонансного збудження, нм

Мал. 1. Флуоресцентний спектр НА при резонансному збудженні при гелієвих температурах (час зростання 5 min, підкладка кремнієва)

et

(1J

е

& - *

о. *

m. , Про

ь | • | ..... .

? * Про

о * •

Н | ,

ш • .

про

0) J-

S

з

про

Кут повороту поляризатора, градуси

Мал. 2. Поляризація флуоресцентної лінії SiV центру під дією резонансного збудження

Дослідження властивостей ряду окремих ліній люмінесценції показали: SiV центри в отриманих CVD наноалмазов володіють

стабільної емісією при резонансному і нерезонансна порушення, а також проявляють досить високу поляризаційну чутливість (рис. 2).

Отримані результати свідчать про перспективність використання запропонованого нами підходу до CVD синтезу алмазних наночастинок з SiV центрами в режимі спонтанної нуклеации для створення алмазних джерел одиночних фотонів.

Автори висловлюють подяку науковим керівникам Власову І.І. і Сєдову В.С. за тему роботи і контроль над експериментом.

1. Radulaski M., Zhang J.L. et al. Laser Photonics Review. 2019, 13 (8), 1800316 (14pp.)


Завантажити оригінал статті:

Завантажити