Nanoscale graphitization and defect evolution in silicon-vacancy center-containing nanodiamonds under high-pressure high-temperature annealing
本研究利用原位同步辐射X射线衍射技术，为含有硅空位中心的纳米钻石建立了一个精确的高压高温处理窗口，通过识别能够实现应变释放退火以改善光学性能且不诱发相变的特定石墨化阈值。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是对下方论文的AI生成解释。它不是由作者撰写或认可的。如需技术准确性，请参阅原始论文。 阅读完整免责声明
想象一个计算机不仅能进行计算，还能思考、瞬间通信并解决当今超级计算机需要一百万年才能解决的问题的世界。这就是“量子技术”所承诺的未来，这一领域依赖于微观世界中那些奇特而美妙的规则。为了制造这些未来的机器，科学家需要能够捕捉光和信息的微小且完美的陷阱，被称为“色心”。你可以把它们想象成钻石内部微小的交通信号灯，闪烁着特定颜色的光，以此传递信息。其中最具有前景的“交通信号灯”之一是“硅空位”中心——这是一个硅原子取代了钻石晶体拼图中缺失部分的位置。
然而，问题在于：当科学家将这些钻石做得足够小，以便放入传感器或生物系统（纳米钻石）时，它们往往会变得有些“皱巴巴的”。这就像试图用一张在口袋里被揉皱了的纸来折出一只完美的折纸鹤；折痕是凌乱的，它发出的光也会变得模糊且混乱。为了解决这个问题，科学家通常尝试对钻石进行“退火”——基本上就是通过烘烤来抚平这些褶皱。但这里存在危险地带：如果你把钻石烤得太热，它不仅不会变得更光滑，反而会变成石墨，也就是你铅笔里的那种黑色柔软物质。一旦钻石变成了铅笔芯，它的特殊发光能力就会永远消失。一直以来的大问题是：在钻石变成石墨之前，我们最高能把它烤到多少度？
这篇论文通过将一台高压机变成一台实时摄像机，向回答这个问题迈出了巨大的一步。研究人员使用了一台名为巴黎-爱丁堡压力机的庞大设备，它就像一个巨大的胡桃夹子，在加热的同时以巨大的力量挤压样本。他们并没有仅仅靠猜测温度，而是利用来自名为 SOLEIL 的大型粒子加速器的强大 X 射线，在钻石发生变化的瞬间亲眼观察到了这一过程。他们发现，通过足够用力地挤压钻石（大约 2 到 4 吉帕斯卡压力），他们可以比以往任何时候都更高温地烘烤钻石，而不会使其变成石墨。具体而言，他们发现，在 2 吉帕斯卡的压力下，钻石在约 1800 K 时仍能保持安全；而在 4 吉帕斯卡的压力下，它们可以承受高达 2120 K 的高温。
最棒的部分在于，当他们将这些“超高温烘烤”后的钻石冷却下来观察其发光情况时，结果令人惊叹。它们发出的光变得更加锐利和清晰，终于揭示了一个此前被模糊掉的隐藏四线图案。这表明，高压烘烤成功地抚平了钻石内部的褶皱，而没有破坏它。这篇论文并不声称已经解决了所有的量子问题，但它为科学家们绘制了一张非常清晰、安全的路线图。它准确地告诉了他们，可以施加多大的压力以及加热到多高的温度，才能使这些微小的钻石变得完美，从而适用于未来的量子计算机和传感器，并确保它们始终保持钻石的形态，而不是意外变成铅笔芯。
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