摘要：钻石非常适合用于电子产品。那是因为它们特定的晶格结构使它们能够承受高电压，同时由于它们不导电，它们也可以很好地散热。但要在实验室中制造，钻石还需要极高的温度——远远超过计算机芯片在制造过程中所能承受的热量——因此它们不能轻易地集成到芯片制造过程中。同时，减少热

科学家们大大降低了生长用于计算的特殊钻石所需的温度和条件，使更快、更高效的计算芯片成为一个更现实的提议。

在降低了在实验室中生长钻石所需的温度并将该过程与量子力学相结合后，科学家们已经逐渐接近将钻石集成到硅基计算机芯片中。

钻石非常适合用于电子产品。那是因为它们特定的晶格结构使它们能够承受高电压，同时由于它们不导电，它们也可以很好地散热。但要在实验室中制造，钻石还需要极高的温度——远远超过计算机芯片在制造过程中所能承受的热量——因此它们不能轻易地集成到芯片制造过程中。同时，减少热量会牺牲钻石质量。

在 9 月 13 日发表在《钻石及相关材料》（Diamond and Related Materials） 杂志上的一项研究中，科学家们找到了一种减少钻石生长所需热量的方法，以便它们现在可以被纳入标准的硅制造工艺中。这一突破意味着更快、更节能的金刚石计算机芯片是一个更现实的提议。

“如果我们想将金刚石应用于硅基制造，那么我们需要找到一种低温金刚石生长的方法，”研究的主要作者、普林斯顿等离子体物理实验室 （PPPL） 的计算研究助理 Yuri Barsukov 在一份声明中说。“这可能会为硅微电子行业打开一扇门。”

钻石通常是在称为“等离子体增强化学气相沉积”的工艺中制造的，其中气态的乙炔薄膜以固态沉积在基材上。

该团队表示，之前的实验表明，乙炔有助于钻石生长，但也会导致烟灰生长，烟灰会在钻石顶部形成，并抑制其在芯片、传感器和光学器件中的用途。科学家们以前不了解导致乙炔变成烟灰或钻石的因素。

“现在我们有了答案，”巴尔苏科夫在声明中说。“就像水到冰一样，一个相过渡到另一个相有一个临界温度。高于此临界温度时，乙炔对钻石生长的贡献最大。低于这个临界温度，它主要促进了烟尘的生长。

科学家们发现，“临界温度”取决于乙炔的浓度和钻石表面附近是否存在的氢原子。氢原子并不直接推动钻石生长，但它们对于促进钻石生长至关重要——即使在低得多的温度下也是如此。

但这只是等式的一部分。金刚石中的原子键合方式使其非常适合量子计算、安全通信和高精度传感。因此，7 月 11 日发表在《先进材料界面》（Advanced Materials Interfaces） 杂志上的一项研究研究了如何进一步灌注金刚石以用于复杂电子产品。它以“量子金刚石”表面为中心，其中碳原子被去除，相邻原子被氮取代——产生科学家们称之为“氮空位中心”的东西。科学家们在研究中表示，这些复杂钻石的表面必须得到保护，同时保持氮空位中心完好无损。

“这种材料中的电子不像较重的粒子那样按照经典物理定律行事，”PPPL 量子材料和设备负责人 Alastair Stacey 在声明中说。“相反，像所有电子一样，它们的行为符合量子物理定律。但他补充说，我们可以通过制造量子比特来利用这些量子力学特性。量子比特在量子计算中的作用与传统计算中的比特不同，并允许并行处理计算。

“量子比特的优势在于，它们可以保存比常规比特更多的信息，”Stacey 说。“这意味着它们还可以为我们提供更多关于其环境的信息，例如，它们作为传感器非常有价值。”

科学家们的目标是在量子金刚石的表面创造一层均匀分布的氢，而不会改变表面下的任何东西。在 7 月的研究中，他们探索了以更可靠的方式将单层添加到钻石表面而不会造成任何损坏的技术。

氢层通常是通过在高温下将金刚石暴露在氢等离子体中来添加的，但氮空位中心无法处理这些条件。相反，科学家们提出了两种替代方法：“形成气体退火”和“冷等离子体终止”。前者使用氢分子和氮气的混合物，而后者使用氢等离子体，但避免了用等离子体直接加热金刚石。

这两种技术都创造了可以导电的氢化金刚石。研究人员在研究中说，这两种方法都不是完美的，但在避免损坏氮空位中心方面都比传统方法好得多。他们补充说，他们的下一步是探索创造具有理想氮空位中心的高质量氢化金刚石表面的新方法。

来源：环球科技视角