2023年，金剛石相關研究取得了不少令人欣喜的進展，這些成果不僅加深了我們對金剛石特性的理解，也為金剛石的技術應用提供了更多可能性。Functional Diamond編輯團隊特此精選了金剛石在電子、量子、MEMS技術、散熱、電化學、金剛石生長以及光學等領域的重要研究進展，讓我們一起回顧相關的學術成果。

       Diamond research: highlights from 2023. Functional Diamond, 4(1).        https://doi.org/10.1080/26941112.2024.2374566.

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       01金剛石MOSFET
       早稻田大學Kawarada教授研究小組和Power Diamonds Systems (PDS)宣布開發(fā)出一種常關金剛石MOSFET。他們采用的器件結構中，金剛石表面具有氧化硅終端（C-Si-O 終端），當柵極電壓為0 V時，該結構會關閉晶體管。該研究解決了氫終端（C–H）金剛石表面在耐久性、穩(wěn)定性和制造工藝兼容性方面的不足。

       02金剛石量子傳感
       中國科學技術大學杜江峰院士團隊在量子精密測量領域取得重要進展，利用單個納米金剛石內(nèi)部的氮-空位色心（NV center）進行量子傳感。他們通過旋涂技術將納米金剛石固定在蓋玻片上，克服了納米金剛石顆粒隨機轉動的問題，在原位條件下實現(xiàn)了對溶液中順磁離子磁共振光譜的精確原位檢測。

       該團隊還成功設計并制造了一種自旋-力學量子芯片，利用單金剛石氮-空位色心作為原子尺度傳感器，并結合微機電技術和硅基納米工藝，實現(xiàn)了這種可擴展的量子芯片。該成果展示了利用金剛石氮-空位色心自旋量子傳感器來研究各種超標準模型的新物理的獨特優(yōu)勢。

       劍橋大學的研究團隊利用金剛石量子磁力計技術探測了反鐵磁體赤鐵礦中的復雜磁荷分布。該研究首次直接讀出了反鐵磁自旋織構的渦旋度，揭示了單極、偶極和四極磁荷的分布，并建立了與磁荷的關鍵聯(lián)系。這一突破性技術為探索二維單極物理和量子材料中的新現(xiàn)象提供了重要工具。

       03金剛石MEMS磁傳感器
       NIMS廖梅勇等開發(fā)了一種集成了單晶金剛石（SCD）和巨磁致伸縮FeGa薄膜的芯片式SCD MEMS磁傳感器。該傳感器利用FeGa薄膜驅動金剛石諧振器，能夠感應外部磁場并通過電信號讀取諧振信號。該研究顯示，這種傳感器在室溫至500℃范圍內(nèi)，靈敏度可達到3.2 Hz/mT，300℃下噪聲水平為9.45 nT/Hz1/2，諧振頻率波動最小值為1.9 × 10-6（室溫）和2.3 × 10-6（300℃）。該研究還實現(xiàn)了帶有并行電讀出的SCD MEMS諧振器陣列，為開發(fā)高靈敏度和高空間分辨率的磁成像傳感器奠定了基礎。

       04金剛石熱管理應用
       大阪公立大學梁劍波等利用金剛石作為襯底，成功制造了GaN高電子遷移率晶體管（HEMTs）。該技術將生長在硅上的AlGaN/GaN/3C-SiC層轉移到金剛石襯底上，然后直接在金剛石上鍵合GaN HEMTs，大幅降低了界面的熱阻，增強了散熱性能。這項新技術有望實現(xiàn)GaN-on-diamond器件的大規(guī)模生產(chǎn)，從而使其實際應用成為可能。

       05金剛石電化學應用
       慶應大學Einaga等合成了多種摻硼氮金剛石（BNDD）薄膜，并研究了硼和氮濃度對電化學CO2還原的影響。BNDD在甲酸生成的法拉第效率上優(yōu)于BDD，達到了94.9%。研究表明，BNDD中的氮位點有助于氫的加成反應，與CO2反應生成中間體[*COOH]或[*OCHO]，顯著加速了甲酸的生成。該研究為構建高效電化學CO2還原金剛石電極提供了新的方法。

       06金剛石襯底生長
       西安交通大學王宏興團隊采用微波等離子體化學氣相沉積（MPCVD）技術，成功實現(xiàn)2英寸（約5 cm）異質外延單晶金剛石自支撐襯底的批量化生產(chǎn)。他們通過對成膜均勻性、溫場及流場的有效調控，提高了異質外延單晶金剛石成品率。襯底表面具有臺階流生長模式，可降低襯底的缺陷密度，提高晶體質量。XRD（004）、（311）搖擺曲線半峰寬分別小于91 arcsec和111 arcsec，達到世界領先水平。

       07金剛石激光技術
       河北工業(yè)大學呂志偉團隊首次從理論和實驗上揭示了金剛石布里淵激光器在光譜壓縮、單頻運轉和功率拓展方面的可行性。該團隊利用金剛石晶體作為增益介質，實現(xiàn)了平均功率高達20.3 W的布里淵激光輸出，創(chuàng)造了國際上的最高功率指標。激光線寬壓縮率最高達到4倍，線寬縮小至1.77 kHz。這一成果標志著自由空間布里淵激光器首次成功實現(xiàn)了激光線寬的顯著縮小，并為獲得超窄線寬高功率激光輻射提供了全新的技術路徑。

       08金剛石自愈合能力
       北京航空航天大學聯(lián)合燕山大學田永君院士團隊，深入研究了納米孿晶金剛石復合材料（ntDC）的自愈合能力。他們發(fā)現(xiàn)ntDC通過形成強共價鍵獲得顯著的自愈合能力。在室溫下，ntDC斷裂面的自愈合效率達到約34%。該成果為提高金剛石基材料的耐用性和可靠性開辟了新途徑，并為強共價鍵自愈合材料的設計提供了寶貴指導。

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