钻石继续闪耀：发现钻石半导体的新特性

钻石因其无与伦比的硬度和透明度而备受赞誉，已成为高功率电子设备和下一代量子光学的优质材料。通过引入硼元素等杂质，钻石可以设计成与金属一样导电。

凯斯西储大学和伊利诺伊大学香槟分校的研究人员现在在添加了硼的钻石中发现了另一种有趣的特性，即硼掺杂钻石。他们的发现可能为新型生物医学和量子光学设备铺平道路——速度更快、效率更高，并且能够以传统技术无法实现的方式处理信息。他们的研究结果最近发表在《 自然通讯》上。

量子设备、生物传感器、太阳能电池的潜在进步

研究人员发现，掺硼钻石会表现出等离子体（当光线照射到它们时会移动的电子波），从而可以在纳米尺度上控制和增强电场。这对于先进的生物传感器、纳米级光学设备以及改进太阳能电池和量子设备非常重要。以前，掺硼钻石已知可以导电并成为超导体，但不具有等离子体特性。与金属甚至其他掺杂半导体不同，掺硼钻石保持光学透明。

凯斯西储大学物理学教授 朱塞佩·斯特兰吉表示：“钻石继续闪耀， 这不仅在字面上，而且在科技创新方面也是灯塔。随着我们进一步进入量子计算 和通信时代，这样的发现使我们更接近在最基本的层面上充分利用材料的潜力。”

伊利诺伊州格兰杰工程学院核、等离子和放射工程教授Mohan Sankaran表示：“了解掺杂如何影响钻石等半导体的光学响应，将改变我们对这些材料的理解。”

等离子体创造了彩色玻璃的颜色

等离子体材料在纳米尺度上影响光线，数百年来一直吸引着人类，甚至在人们了解其科学原理之前。 中世纪彩色玻璃窗上的鲜艳色彩 源自玻璃中嵌入的金属纳米粒子。当光线穿过时，这些粒子会产生等离子体，产生特定的颜色。金纳米粒子呈现宝石红色，而银纳米粒子则呈现鲜艳的黄色。这种古老的艺术强调了光与物质之间的相互作用，激发了纳米技术和光学领域的现代进步。

钻石由透明的碳元素晶体组成，可通过添加少量硼（位于元素周期表中碳的旁边）来合成。硼比碳少一个电子，因此可以接受电子。硼本质上会在材料中打开一个周期性的电子“空穴”，从而提高材料的导电能力。掺硼的钻石晶格保持透明，并呈现蓝色色调。（著名的希望钻石是蓝色的，因为它含有少量的硼）。

由于其其他独特的性质——化学惰性和生物相容性——掺硼金刚石可以用于其他材料无法应用的领域，如 医学成像、高灵敏度生物芯片或分子传感器。

凯斯西储大学率先发明合成钻石

1968 年，凯斯西储大学 (当时的凯斯理工学院) 的教员 约翰·安格斯 (John Angus ) 率先在低压下合成了钻石，他于 2023 年去世。安格斯还是第一个报告掺硼钻石电导率的人。