Ученые раскрыли механизм разрушения алмаза под воздействием экстремальных электрических полей

Исследовательская группа из Университета Китайской академии наук с помощью экспериментов in situ и молекулярно-динамического моделирования раскрыла механизм разрушения алмаза под воздействием экстремальных электрических полей. Исследование, опубликованное в журнале Cell Reports Physical Science, предоставляет важные данные для проектирования надежных устройств на основе алмаза.

Алмаз известен своими исключительными физическими свойствами, включая сверхвысокую пробивную напряженность поля и теплопроводность, что делает его перспективным материалом для высокочастотной и силовой электроники. Однако до сих пор процесс его разрушения в экстремальных электрических полях оставался плохо изученным.

Под руководством профессоров Янь Цинбо (Yan Qingbo) и Чэнь Гуанчао (Chen Guangchao) исследователи использовали метод просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) in situ для наблюдения за процессом пробоя в реальном времени. Они обнаружили, что разрушение алмаза начинается предпочтительно вдоль кристаллической плоскости (111) из-за вызванной напряжением деформации кристаллической решетки и последующей аморфизации, а не превращения в графит.

Исследователи также использовали молекулярно-динамическое (МД) моделирование, чтобы подтвердить, что поверхность (111) более подвержена тепловому разрушению при высоких температурах, что идеально согласуется с их экспериментальными наблюдениями. Это исследование проясняет кристаллографическую зависимость электрического пробоя алмаза и предполагает, что использование подложек с ориентацией (100) или (110) может значительно повысить долговечность устройств.

Эта работа углубляет наше понимание поведения алмаза в экстремальных условиях и открывает новые пути для создания более долговечных электронных устройств на его основе.

Ученые ожидают, что эти выводы повлияют на проектирование и выбор материалов для алмазных устройств в таких областях, как квантовые вычисления, мощные транзисторы и ультрафиолетовые лазеры.

Больше информации: Zengyu Yan et al, Failure mechanism of diamond under electrical breakdown, Cell Reports Physical Science (2025). DOI: 10.1016/j.xcrp.2025.102843