Synthesis of Superconducting Boron-Doped Diamond in Carbon and Boron Solutions in Molten Gold and Copper

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The Au–B–C and Cu–B–C growth systems, which do not form borides, have been used for the first time for the synthesis of boron-doped superconducting diamond. In these systems, the graphite-to-diamond transformation occurs at pressures from 8 to 9 GPa and temperatures from 1620 to 1770 K, suitable for commercial-scale production. The presence of boron in melts is assumed to be responsible for the decrease in synthesis temperature in molten copper and the diamond-forming ability of gold-based melts. The synthesized diamond exhibits metallic behavior of conductivity at ordinary temperatures and undergoes a superconducting transition between 4.5 and 2.5 K.

About the authors

E. A. Еkimov

Vereshchagin Institute for High Pressure Physics, Russian Academy of Sciences

Email: pleskov33@mail.ru
Moscow, 142190 Russia

V. A. Sidorov

Vereshchagin Institute for High Pressure Physics, Russian Academy of Sciences

Email: ekimov@hppi.troitsk.ru
108840, Troitsk, Moscow, Russia

R. A. Khmel’nitskii

Lebedev Institute of Physics, Russian Academy of Sciences

Email: ekimov@hppi.troitsk.ru
119991, Moscow, Russia

S. G. Lyapin

Vereshchagin Institute for High Pressure Physics, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: ekimov@hppi.troitsk.ru
108840, Troitsk, Moscow, Russia

References

  1. Vishnevskii A.S., Gontar A.G., Torishnii V.I., Shul’zhenko A.A. Electrical Conductivity of Heavily Doped p-Type Diamond // Sov. Phys. Semicond.1981. V. 15. P. 659−661.
  2. Ekimov E.A., Sidorov V.A., Bauer E.D., Mel’nik N.N., Curro N.J., Thompson J.D., Stishov S.M. Superconductivity in Diamond // Nature 2004. V. 428. P. 542–545. https://doi.org/10.1038/nature02449
  3. Takano Y., Nagao M., Kobayashi K., Umezawa H., Sakaguchi I., Tachiki M. et al. Superconductivity in Diamond Thin Films Well Above Liquid Helium Temperature // Appl. Phys. Lett. 2004. V. 85. P. 2851–2853. https://doi.org/10.1063/1.1802389
  4. Bustarret E., Kacmarcik J., Marcenat C., Gheeraert E., Cytermann C., Marcus J. et al. Dependence of the Superconducting Transition Temperature on the Doping Level in Single-Crystalline Diamond Films // Phys. Rev. Lett. 2004. V. 93. P. 237005. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.93.237005
  5. Ekimov E.A., Sidorov V.A., Zoteev A., Lebed Yu.B., Thomson J.D., Stishov S.M. Structure and Superconductivity of Isotope-Enriched Boron-Doped Diamond // Sci. Technol. Adv. Mater. 2008. V. 9. P. 044210. https://doi.org/10.1088/1468-6996/9/4/044210
  6. Blank V.D., Buga S.G., Terentiev S.A., Kuznetsov M.S., Nosukhin S.A., Krechetov A.V. et al. Low-Temperature Electrical Conductivity of Heavily Boron-Doped Diamond Single Crystals // Phys. Status Solidi B. 2007. V. 244. P. 413–417. https://doi.org/10.1002/pssb.200672526
  7. Polyakov S.N., Denisov V.N., Mavrin B.N., Kirichenko A.N., Kuznetsov M.S., Martyushov S.Y. et al. Formation of Boron-Carbon Nanosheets and Bilayers in Boron-Doped Diamond: Origin of Metallicity and Superconductivity // Nanoscale Res. Lett. 2016. V. 11. P. 11. https://doi.org/10.1186/s11671-015-1215-6
  8. Ekimov E.A., Sidorov V.A., Maslakov K.I., Sirotinkin B.P., Krotova M.D., Pleskov Y.V. Influence of Growth Medium Composition on the Incorporation of Boron in HPHT Diamond // Diamond Relat. Mater. 2018. V. 89. P. 101–107. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2018.08.010
  9. Kanda H., Akaishi M., Yamaoka S. New Catalysts for Diamond Growth under High Pressure and High Temperature // Appl. Phys. Lett. 1994. V. 65. P. 784–786. https://doi.org/10.1063/1.112230
  10. Singhal S.K., Kanda H. Temperature Dependence of Growth of Diamond from a Cu–C System under High Pressure // J. Cryst. Growth. 1995. V. 154. P. 297–302. https://doi.org/10.1016/0022-0248(95)00200-6
  11. Kupriyanov I.N., Khokhryakov A.F., Borzdov Y.M., Palyanov Y.N. HPHT Growth and Characterization of Diamond from a Copper-Carbon System // Diamond Relat. Mater. 2016. V. 69. P. 198–206. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2016.09.009
  12. Wakatsuki M. New Catalysts for Synthesis of Diamond // Jpn. J. Appl. Phys. 1966. V. 5. P. 337. https://doi.org/10.1143/JJAP.5.337
  13. Тонков Е.Ю. Фазовые превращения соединений при высоком давлении. Справочник в 2-х книгах / Под ред. д. ф. м. н. Понятовского Е.Г. М.: Металлургия, 1988.
  14. Pelleg J., Rotman M., Sinder M. Borides of Ag and Au Prepared by Magnetron Sputtering // Physica C. 2007. V. 466. P. 61–64. https://doi.org/10.1016/j.physc.2007.06.009
  15. Wald F., Stormont R.W. Investigations on the Constitution of Certain Binary Boron-Metal Systems // J. Less- Common. Met. 1965. V. 9. P. 423–433. https://doi.org/10.1016/0022-5088(65)90126-8
  16. Ahn J.H., Oh S. High-Energy Ball-Milling for the Synthesis of Ag–B Superconducting Materials // J. Alloys Compd. 2010. V. 504. P. S292–S294. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2010.03.033
  17. Ozisik H.B., Colakoglu K., Deligoz E. First-Principles Study of Structural and Mechanical Properties of AgB2 and AuB2 Compounds under Pressure // Comput. Mater. Sci. 2012. V. 51. P. 83–90. https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2011.07.043
  18. Bundy F.P. Diamond Synthesis with Non-Conventional Catalyst-Solvents // Nature. 1973. V. 241. P. 116–118. https://doi.org/10.1038/241116a0

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (1MB)
3.

Download (187KB)
4.

Download (1MB)
5.

Download (1MB)
6.

Download (209KB)
7.

Download (408KB)

Copyright (c) 2023 Е.А. Екимов, В.А. Сидоров, Р.А. Хмельницкий, С.Г. Ляпин

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».