BDD金刚石又一重大新发现
科学家首次在硼掺杂金刚石中发现等离激元效应，为量子信息技术开辟新路径！
近日，一项突破性研究在《Nature Communications（自然·通讯）》期刊上发表，科学家们首次在硼掺杂金刚石（BDD）中发现了一种新特性—等离激元效应。这一发现不仅揭示了硼掺杂对金刚石电子结构的深远影响，还为量子信息技术的发展提供了新的可能性。
金刚石作为一种宽带隙半导体，因其优异的导热性、高击穿电场和室温下的高载流子迁移率而备受关注。通过掺杂硼，金刚石可以表现出类似金属的特性，甚至在某些情况下实现超导性。然而，此前关于硼掺杂金刚石的研究主要集中在电子导电性方面，而对其光学性质的研究相对较少。
在这项研究中，研究团队利用扫描透射电子显微镜—价电子能量损失谱（STEM-VEELS）和近场红外光谱技术，成功探测到了硼掺杂金刚石中的低能激发。通过第一性原理计算，他们发现这些低能激发源于价带间的电子跃迁，即价带间等离子体。这种等离子体的存在使得金刚石在红外频率下表现出类似金属的特性。
研究团队还发现，随着硼掺杂浓度的增加，价带间等离子体的频率会发生蓝移，并且其强度也会增强。这一现象表明，硼掺杂金刚石中的价带间等离子体具有可调性，为未来设计基于半导体的等离子体材料提供了新的思路。
此外，金刚石作为一种量子信息技术的关键材料，其内部的点缺陷（如色心）具有量子发射特性。通过掺杂硼，不仅可以调控这些点缺陷的电荷态，还可以利用等离子体激发增强其光致发光和发射速率。这为开发新型量子发射器和优化量子器件的性能提供了新的途径。
这项研究由美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校、卢森堡大学、法国艾克斯-马赛大学等多个研究机构合作完成，得到了美国国家科学基金会等机构的支持。研究团队表示，未来将进一步探索如何精确控制硼掺杂的纳米尺度浓度，以优化金刚石的光学和自旋特性。这一发现不仅深化了我们对掺杂半导体中电子跃迁的理解，还为量子信息技术和纳米光子学的发展开辟了新的研究方向。
硼掺杂金刚石中价带间等离子体的发现，标志着科学家们在探索新型量子材料方面迈出了重要一步。随着研究的深入，这一发现有望在量子计算、量子通信等领域带来革命性的突破。
参考文献：
Nature Communications，Intervalence plasmons in boron-doped diamond，14 January，2025.