Наноалмазы. Их получение, свойства и применение, страница 6

Рис. 8. Просвечивающая микроскопия высокого разрешения изолированной алмазной квантовой точки на молибденовой игле с радиусом кривизны 60 нм

Рис. 9. Характеристики полевой эмиссии (i) голой молибденовой иглы, (ii) одной алмазной квантовой точки, (iii) наноалмазной пленки. Вставка: схематическая геометрия игла-анод.

Воспользуемся недавним экспериментом с одиночной алмазной квантовой точкой (рис.8 и 9). Наблюдается линейность вольтамперной характеристики эмиссии электронов из DQD так же точно, как и линейность ВАХ в полупроводнике из DQD. Поэтому низко-размерный полупроводник из наноалмаза подобно изученным полупроводникам из Ge/Si квантовых точек интересен для дальнейших исследований. Высокоочищенные алмазные квантовые точки могут рассматриваться как интересные кандидаты для приборов на квантовых эффектах, т.к. имеют совершенно уникальные квантовые свойства и электронные свойства [108, 109]. Конечно, это может произойти только после дальнейших исследований эффектов квантования проводимости, магнитного потока и нульмерного квантового эффекта Холла в наноалмазе и полупроводнике из DQD.

Интересны перспективы алмазных квантовых точек для освоения терагерцового диапазона частот. Следует отметить разумные перспективы DQD в наноэлектронике, например, в одноэлектронных процессах и спинтронике, где уникальность спиновых эффектов в наноалмазе может оказаться востребованной. Рисунок 26 наводит на мысль представить себе нанотранзистор из Ge/Si эпитаксиальных слоев с наноалмазом. Гораздо легче согласиться с тем, что нанокристаллические алмазные пленки уже реальны для применения в микро- и нано-электромеханических системах, для получения фильтров на поверхностных акустических волнах, генераторов и приемников терагерцового диапазона.

Непривычное, но достаточно вероятное направление разработок? может быть связано с электрохимическим осаждением металлов с наноалмазом, что реализовано полностью для покрытий твердосплавного инструмента, хотя возможность применения этого подхода для создания гетероструктур на основе наноалмаза вполне реальна. Перспективными могут быть применения таких металл-алмазных пористых наноструктур, например, для геттерирования [110], где поиск новых материалов интенсивно продолжается

5.7 Наноалмаз в биологии

Интересное направление связано с исследованием взаимодействия наноалмаза с белками. Перспективные приложения этого направления связаны с очисткой белков, с созданием биосенсоров и построением супрамолекулярных структур из наночастиц и белков.

Недавно установлен факт принципиальной важности. Показано, что из многих тысяч белков клетки наноалмаз адсорбирует на своей поверхности только рекомбинантный белок апообелин. Поэтому к основным надмолекулярным свойствам наноалмаза надо отнести как образование стабильного радикального состояния при нейтрализации поверхностного заряда , так и возможность реконструкции поверхности , когда в подслое границы раздела между алмазным остовом и функциональными группами происходит динамическая перегруппировка доменов не алмазной фазы. Именно эти свойства определяют особенности взаимодействие алмазной молекулы с белками и полупроводниковые характеристики наноалмаза.

Рис. 10. Методы нанесения белков на твердые подложки: а) метод Ленгмюра-Блоджетт, б) метод Ленгмюра-Шеффер.

Получены полезные для новых приложений надмолекулярные структуры из наноалмаза: комплексы наноалмаз-белок-d-оксид алюминия  и нанокомпозиты из биоразлагаемого бактериального полимера поли-b-гидроксибутирата и наноалмаза .

6. Вывод

Наноалмазное состояние (NDS) определяется коллективным возбуждением поверхностных, спиновых и электронных колебаний, которые формируют низкоразмерные резонансные структуры в самосогласованном поле алмазной частицы диаметром 25 нм.

Физическая природа NDS определяется электронно-колебательными состояниями ND, которые являются общими и имеют инвариантные характеристики для наночастиц, алмазных пленок и поверхности природного алмаза. Квантово-размерные эффекты NDS наблюдаются в термодинамической стабильности, в рентгеновских, электронных, ЭПР, ЯМР, ИК, КР и Оже-спектрах, в магнитных свойствах и реконструкции поверхности ND.

Биологическиеприменения ND перспективны для хроматографических колонок, очистки и разделения белков. NCD и ультра-NDC пленки, модифицированные ДНК, стабильнее пленок из золота, кремния, стекла и стеклоуглерода и совместимы с микроэлектронными технологиями.

Природа резонансных структур определяется электронно-колебательным состоянием наноалмаза, которое является достаточно универсальным и обладает рядом инвариантных характеристик. Существующие технологические применения наноалмаза в физике, химии и биологии позволяют рассматривать наноалмазное состояние как достаточно перспективный подход для создания новых приложений в наноэлектронике.

7. Список Литературы

1. В.Ю. Долматов, Л.В. Агибалова «Сверхтвердые материалы»

2. В.В. Даниленко «Синтез и спекание алмазов взрывом» М.: Энергоиздат, 2003. 272 с.

3. Детонационные наноалмазы: получение, свойства и применение. Сб. трудов Первого Международного симпозиума «Детонационные наноалмазы: получение, свойства и применение» 

2. http://nano.torins.ru