– Дмитрий Николаевич, начнём, наверное, с прикладных исследований. Недавно мы писали про широкодиапазонный датчик тока. Над чем ещё работаете?
– Создание широкодиапазонного датчика тока было одним из этапов работы над квантовым магнитометром. Квантовый магнитометр – это достаточно сложное устройство. С его помощью можно определить положение тела в пространстве, используя силовые линии Земли. Это навигационный прибор.
Для того, чтобы такой прибор создать – требуется кооперация не только внутри нашей лаборатории, но и с другими учреждениями, чем мы занимаемся. Запрос на разработку квантового магнитометра есть от компании АГД «Даймонс». Есть идея с помощью беспилотников и такого магнитометра проводить магнитную разведку полезных ископаемых. В советское время для этого использовались самолёты с многотонным оборудованием. Они сканировали местность с невысокой точностью. В нашем компактном приборе будет более высокое разрешение, который сможет поднять беспилотник . При создании широкодиапазонного датчика тока мы отработали некоторые технические решения, и теперь будем применять их при создании магнитометра. Магнитометр – задача 2025 – 2026 годов.
– Давайте напомним читателям по широкодиапазонный датчик тока. Как он создавался, для чего нужен?
– Когда мы работали над созданием квантового магнитометра, мы увидели, что на поверхности лежит также интересная и более простая задача – создание широкодиапазонного датчика тока. Его можно использовать, например, в электромобилях с ёмкими аккумуляторами. Когда электромобиль едет, то у аккумулятора проходит интенсивная разрядка батареи. Токи могут колебаться от мили до сотен ампер, что приводит к не очень оптимальной разрядке батареи. Если широкодиапазонный датчик тока поставить в электромобиль, то разрядку батареи можно настроить более оптимальным способом и экономить до 30% электроэнергии. Широкодиапазонный датчик может быть актуален в Арктике, где быстро «садятся» электробатареи.
Сверхчувствительность датчику придают квантовые свойства NV-центров внутри искусственных алмазов. N – азот, V – вакансия. Мы берём алмаз, который выращен либо CVD методом – методом химического осаждения, когда углерод из газа под воздействием превращается в алмаз. Либо метод температурного градиента, когда от высокого давления и высокой температуры получается алмаз. После чего мы его везём в Новосибирск или Дубну для облучения на электронном ускорителе. Облучая алмаз, мы создаём в нём вакансии. Затем уже снова в САФУ мы проводим температурный обжиг алмаза при температуре более 1000 градусов по Цельсию в течение суток в инертной среде для того, чтобы образовались те самые уникальные NV-центры в структуре алмазов.
Нашей задачей было узнать, возможно ли создать такой датчик тока. На большой экспериментальной установке мы провели испытания и показали, что возможно. Затем сделали компактный прототип такого датчика. Пока это недешёвый прибор. Его невыгодно использовать в мобильных телефонах. Но в электротранспорте, например, в Москве активно пользуются элеткробусами – возможно.
– Где ещё можно использовать квантовые свойства NV-центров?
–Чем хорош алмаз с NV-центрами? NV-центр это чувствительный элемент, он находится внутри самого крепкого материала на земле – алмаза. То есть он радиационно-стойкий. Его можно использовать даже при очень высоких радиациях. Например, в Чернобыле никто не мог посмотреть, что происходит в разрушенной зоне, потому что все приборы выходили из строя ещё на подходах к реакторам. Мы можем создать датчик для работы в самих ядерных реакторах. В настоящее время мы заключили договор на создание такого датчика с организацией, которая занимается исследованием радиации. Стойкость к радиации будет актуальна и в космосе.
– Расскажите об экспериментальной части вашей работы?
– Наша лаборатория диагностики углеродных материалов и спиново-оптических явлений в широкозонных полупроводниках Северного (Арктического) федерального университета находится в структуре НОЦ «Российская Арктика». Мы занимаемся не только прикладными, но также теоретическими и экспериментальными исследованиями. Получая алмаз с NV-центрами, мы проводим с ним эксперименты. Можем его обрезать, определить кристаллографические оси. Посмотреть, сколько осталось азота, какие механические напряжения в алмазе возникли, сколько появилось вакансий. Делаем целый комплекс экспериментальных исследований и эти данные нам помогают создавать алмазы с NV-центрами с нужными для нас характеристиками.
– Дмитрий Николаевич, расскажите о теоретических достижениях Вашей лаборатории.
– Мы изучаем взаимодействие искусственных алмазов с рентгеновским и синхротронным излучением, как оно влияет на дифракцию. Разрабатываем новую методику рентгеноструктурного анализа алмазов. По взаимодействию ультракоротких импульсов электромагнитного поля с этим материалом мы определяем концентрацию NV-центров в алмазах, их ориентацию. Результат, которого пока никому кроме нас не удалось добиться, – мы разработали методику получения сверхвысокого разрешения в алмазной структуре с помощью ультракоротких импульсов. Это теоретическая методика, об этом у нас вышла недавно статья. Также мы занимаемся квантовой запутанностью – новым явлением в науке. Как оказалось, NV-центры внутри алмазов могут обладать этими уникальными свойствами. Это можно использовать в квантовых компьютерах и во многих применениях квантовых технологий.