Наверное, большинство наших читателей наслышаны о том, что на пути уменьшения размеров элементов полупроводниковых интегральных схем разработчики столкнулись с рядом проблем, одной из которых является увеличение энергопотребления с уменьшением толщины слоя полупроводника. В настоящее время с этим эффектом борются, используя технологию «кремний-на-диэлектрике», где роль диэлектрика выполняет оксид кремния (SiO2), но в качестве альтернативных вариантов учеными рассматривается использование диэлектрической подложки из сапфира или алмаза. Однако, как утверждают ученые Российской Академии Наук (см. публикацию E.A.Ekimov et al. 2004 Nature 428 542), алмаз при низких температурах и определенных условиях проявляет не просто проводящие свойства, а сверхпроводимость. Речь идет об алмазе, легированном бором, при температуре около 4 градусов Кельвина. Полученный российскими учеными материал сохраняет сверхпроводящие свойства в сильных магнитных полях.
Как известно, при высоком давлении и температуре углерод образует одно из своих аллотропных соединений – алмаз, характеризующееся высокой твердостью и высоким электрическим сопротивлением, в контрасте с мягким и проводящим электрический ток графитом. В эксперименте группы Екимова и Сидорова легированный бором алмаз получали, подвергая смесь из графита и карбида бора (B4C) воздействию давления в 8 Гигапаскалей (примерно 80000 атмосфер) и температуры 2500 градусов Кельвина. По данным ЯМР (ядерно-магнитного резонанса) и масс-спектрометрии, в полученном материале содержится от 2 до 3% бора.
Далее на основании данных о зависимости электрического сопротивления и магнитной восприимчивости ученые рассчитали, что новый материал должен переходить в сверхпроводящее состояние при температуре около 4 К. Не вдаваясь в подробности, заметим, что это явление предсказывается теорией Бардина-Купера-Шиффера (Bardeen-Cooper-Schrieffer). Но что особенно любопытно, так это то, что легированный бором алмаз сохраняет свое сверхпроводящее состояние в полях до 3,5 Тесла, что позволяет использовать его для создания сверхмощных соленоидов.
Разумеется, ученые не собираются останавливаться на достигнутом – теперь они хотят исследовать возможность создания сверхпроводящих материалов на базе других элементов с похожей на алмазную структуру. Среди таких элементов, в частности, кремний и германий.