Ученые МФТИ и ФИАН изучат влияние примесных атомов на цвет и спектральные свойства алмазов методом атомистическом моделирования с применением методов машинного обучения. Исследование внесет вклад в развитие микроэлектроники, включая разработку высокоустойчивых кубитов для квантовых компьютеров и инновационных ячеек памяти. Ожидается, что результаты работы окажут значительное влияние на дальнейшее развитие вычислительных технологий и смежных областей.
Примеси в алмазе могут оказывать значительное влияние не только на цвет, но и на электромагнитные свойства минерала. Это делает их весьма перспективными для использования в микроэлектронике. В частности, на основе примесных центров в алмазе уже разрабатываются кубиты для квантовых компьютеров, обладающие высокой устойчивостью. Также примеси могут быть использованы в создании ячеек памяти, что откроет новые возможности для хранения информации и обработки данных.
Кроме того, исследование примесей в алмазах имеет прикладное значение, включая лазерную маркировку минералов. Ученые из Лаборатории лазерной нанофизики и биомедицины ФИАН активно ведут эксперименты в этой области, используя фемтосекундный лазерный нагрев для инициирования перестроек в алмазных дефектах. Это позволяет создавать уникальные маркировки и улучшать свойства алмазов. Команда МФТИ, в свою очередь, занимается предсказанием, как именно протекают эти перестройки на атомистическом уровне, что является важным шагом для оптимизации технологий.
«Примесные дефекты в алмазе, такие как NV-центры, уже используются для создания кубитов для квантовых компьютеров, которые отличаются высокой устойчивостью, а также в разработке ячеек памяти. А еще, генерируя или разрушая такие дефекты, можно создавать невидимые глазу маркировки на коммерческих алмазах — это задача, которой занимаются наши соавторы из Лаборатории лазерной нанофизики и биомедицины ФИАН под руководством Сергея Ивановича Кудряшова. Они используют фемтосекундный лазерный нагрев для инициирования перестроек в алмазных дефектах, а наша команда предсказывает сценарии этих изменений», — отметил заместитель заведующего лабораторией компьютерного дизайна материалов МФТИ Никита Орехов.
По словам ученых, еще десять лет назад подобные исследования были практически невозможны даже для суперкомпьютеров. Однако благодаря синтезу методов машинного обучения и атомистического моделирования задачи, которые ранее казались неподъемными, стали вполне реальными. Это открывает новые перспективы не только для фундаментальной науки, но и для прикладных исследований, позволяя создавать новые материалы с заранее заданными свойствами.
Ожидается, что результаты работы ученых будут иметь значительное влияние на развитие микроэлектроники и смежных технологий. Применение алмазов с заданными свойствами в квантовых компьютерах и других устройствах может привести к существенным улучшениям в области вычислительных технологий, что, в свою очередь, повлияет на множество отраслей, включая телекоммуникации, медицину и бытовую электронику.
Исследование поддержано грантом РНФ № 25-73-20143
