Алмаз под размер

В летнем докладе президента РАН Александра Сергеева о важнейших достижениях российских учёных за 2019 год был отмечен ряд работ из Троицка. Мы писали о биопринтере из Института фотонных технологий, другой успех – на счету Института физики высоких давлений. Научная группа в.н.с. лаборатории новых магнитных и сверхпроводящих материалов Евгения Екимова впервые в мире осуществила синтез наноалмазов контролируемого размера методом HPHT (высоких давлений и температур).

«Наш институт является мировым лидером в области синтеза наноалмазов из органических соединений, – рассказывает директор ИФВД, академик Вадим Бражкин. – Первые такие наноалмазы были получены в ИФВД свыше 30 лет назад. А в последние 10 лет возрос интерес к синтезу и исследованиям нанокристаллов алмазов для биомедицинских приложений, оптоэлектроники, квантовых информационных технологий…» В институте работами в этой области занимаются три группы, у каждой своя специфика: у Евгения Екимова – наноалмазы, в т.ч. легированные (содержащие примеси), у Валерия Давыдова – наноструктуры: луковицы, фуллерены, нанотрубки, у Владимира Филоненко – сверхтвёрдые материалы и нанокомпозиты.

Как раз сверхтвёрдыми материалами занимался выпускник МИСиС Евгений Екимов, когда 25 лет назад пришёл в ИФВД. «Я всегда сам определял свои задачи, даже когда был аспирантом, –
вспоминает Екимов. – Мой руководитель привил интерес самостоятельно вести исследовательские работы». От прикладных задач по алмазному инструменту в постсоветские годы он переключился к синтезу новых материалов. Одно из достижений – синтез сильно легированных бором алмазов, у которых обнаружена сверхпроводимость, в 2004 году об этом была публикация в Nature. Вместе с ИСАНом провели работу по микрокристаллам, легированным германием, а с МГУ растили и исследовали алмаз, легированный бором, который может применяться для уничтожения раковых опухолей. «Лазерным излучением можно разогреть кристаллик и выжечь раковые клетки», – поясняет учёный. А можно – визуализировать процессы, происходящие в тканях, за счёт флуоресценции, или адресно доставлять лекарства… Наноалмазы очень к месту в биомедицине, отсюда и всплеск интереса к ним в последние 10 лет. Получили-то их больше полувека назад, но тогда ещё не знали, чем они могут быть полезны.

Синтезом и исследованием наноалмазов Екимов и коллеги занялись несколько лет назад. Прорыв заключался в том, что они смогли контролировать их размер. Наноалмазы создаются всё тем же методом HPHT, давление типичное, 8 ГПа, а температуры небольшие (от 500°С), и получается не взрыв, а относительно медленный процесс, от секунд до часов. Поэтому кристаллы выходят маленькие и стабильного размера. Чем ниже температура, тем меньше рост, тем мельче наноалмазы: от 6–8 нм до 1–2 нм. Исходным материалом выбрали адамантан (С₁₀H₁₄), похожий своей кристаллической решёткой на алмаз. Его и назвали по греческому имени алмаза «адамант», т.е. «неодолимый». Но раньше алмаз из него получать не удавалось, только графит. В ИФВД стали использовать добавку галогена (хлор, бром, йод). «Естественные алмазы очень часто содержат во включениях галогены, и в кимберлитовых породах, где они растут, тоже хлор в избытке, – говорит Екимов. – Поэтому возникло предположение, что флюид, содержащий галогены, мог участвовать в природном образовании алмазов». Так природа подсказала решение…

Кстати, успех ИФВД времён Верещагина был связан с камерой-тороидом, который изобрели Лев Хвостанцев и Альберт Новиков, и в опытах Екимова используется тоже тороид, только усовершенствованный, с химически инертными вставками из диоксида циркония. А один из его создателей, Альберт Новиков, по-прежнему трудится над камерами и сотрудничает с группой Екимова.

«Задача на будущее – научиться контролируемо вводить примеси, – рассказывает Евгений Екимов. – Первые эксперименты уже провели. Удалось ввести примесь германия. Такие крупные атомы, что сначала это казалось невероятным! Но они могут входить в решётку с вакансиями, т.е. пустотами». Воодушевило ли признание на высшем академическом уровне? «Мы горды тем, что наш коллектив сумел решить такую важную проблему, – отвечает учёный. – Но главный импульс – это интерес к работе. Мы хотим разобраться, как происходит рост наноалмазов в углеводородных системах. И это основная движущая сила в наших исследованиях».

Владимир МИЛОВИДОВ,

фото автора