Целый ряд японских компаний и исследователей приближает коммерческий выход силовой электроники на алмазах. Произойдёт это уже в следующем году и станет широко востребованным к концу текущего десятилетия. По сравнению с кремнием алмазные компоненты могут выдерживать в 50 000 раз большие токи. Это необходимо для электромобилей, электростанций и, в целом, для компактных, надёжных и мощных блоков питания и силовых схем.

Алмазные чипы для роботов, расчищающих радиоактивные руины «Фукусимы». Источник изображения: Ookuma Diamond Device

Если верить японским источникам, японские компании и учёные преуспели в создании алмазных компонентов наиболее впечатляющим образом — представлены технологии, прототипы компонентов и инструменты для их изготовления. В последние годы мы только стали привыкать к силовой электронике на карбиде кремния (SiC) и нитриде галлия (GaN), а алмазы уже обещают их затмить в ряде областей. Так, согласно метрике BFOM (Baliga's Figure of Merit) алмазные силовые элементы на порядок лучше, чем элементы на нитриде галлия и в 80 раз лучше, чем карбид кремния.

Но не всё так просто. Известный своей твёрдостью алмаз невозможно полировать обычными средствами, если речь идёт о пластинах для выращивания чипов и транзисторов, а ведь это стандартная и необходимая процедура для литографического производства компонентов. Собственно, вырастить достаточно большую пластину из алмаза — это тоже непросто. Лишь недавно японская компания Orbray смогла превысить размер пластин в 1 дюйм (2,54 см) и приступила к выпуску 2-дюймовых пластин (5 см), обещая вскоре разработать технологию выпуска 4-дюймовых алмазных подложек (10 см).

С полировкой алмазных подложек обещает помочь японская компания JTEC. Она владеет уникальной технологией полировки поверхностей материалов высокой твердости с использованием плазмы. Ранее JTEC показала способность полировать плазмой монокристаллические алмазные подложки без нанесения повреждений и получила заказы на разработку соответствующего оборудования.

С выращиванием монокристаллических алмазных подложек может помочь компания EDP, которая единственная в Японии производит и продает затравки, из которых изготавливаются синтетические бриллианты для ювелирных изделий. Крупнейшие в мире синтетические монокристаллы также производятся в этой стране, хотя лидируют в этой сфере Китай и Индия. Кстати, единых нормативных требований к синтетическим алмазам нет, что некоторым образом затруднит развитие «алмазной» электроники. Но тут слово и дело за JEDEC или другим органом стандартизации.

По утверждению источника, первую в мире силовую схему, использующую алмазные полупроводники, разработала в 2023 году команда японского университета Сага (Saga University). В декабре 2023 года токийский стартап Power Diamond Systems представил алмазный компонент, способный выдерживать самую большую силу тока в 6,8 А. Компания планирует начать поставки образцов в течение нескольких лет. С практической стороны можно отметить компанию Ookuma Diamond Device, которая строит в префектуре Фукусима завод для выпуска силовых элементов для роботов, устойчивых к радиации, предназначенных для очистки развалин печально известной АЭС «Фукусима».

Устойчивость к радиации и способность выдерживать запредельные для обычных чипов температуры — это гарантия для работы в космосе и авиации, куда алмазы также устремлены, как и вся будущая алмазная электроника.

Ученые из Южной Кореи совершили прорыв в области синтеза алмазов. Им удалось вырастить самые твёрдые камни в лабораторных условиях всего за 15 минут при нормальном давлении. Этот метод в корне отличается от традиционных способов получения синтетических алмазов.

Изображение: @Kandinsky

Группа ученых под руководством физико-химика Родни Руоффа (Rodney Ruoff) из Института фундаментальных наук в Южной Корее разработала новый метод синтеза алмазов без использования затравочного кристалла и высокого давления, что значительно упрощает «выращивание» камней. Свои выводы ученые опубликовали в журнале Nature.

Известно, что природные алмазы формируются в недрах Земли на глубине десятков километров при огромном давлении в несколько гигапаскалей и температуре свыше 1500 °C. Подобные природные условия используются в методе, который в настоящее время применяется для синтеза 99 % всех искусственных алмазов. Этот метод, получивший название «выращивание при высоком давлении и высокой температуре» (HPHT), использует экстремальные параметры для превращения углерода в алмаз на основе небольшого затравочного кристалла.

Однако поддержание столь высокого давления и температуры является сложной технической задачей. Кроме того, компоненты, используемые в процессе, ограничивают размер получаемых алмазов одним кубическим сантиметром. HPHT к тому же занимает достаточно много времени — около двух недель для выращивания совсем небольших камней.

Другой метод, химическое осаждение из газовой фазы, устраняет некоторые недостатки HPHT, такие как высокое давление, но сохраняет необходимость использования затравочных кристаллов.

Новая же технология синтеза алмазов, предложенная командой Руоффа, позволяет избавиться от перечисленных особенностей обоих существующих методов. Метод основан на использовании нагретого галлия с небольшим количеством кремния в графитовом тигле. Галлий был выбран по причине того, что предыдущие исследования показали, что он может катализировать образование графена из метана. Тигель помещали в специально разработанную камеру, в которой поддерживалось нормальное атмосферное давление (как на уровне моря) и через неё пропускался экстремально нагретый метан, обогащенный углеродом. В процессе экспериментов исследователи пришли к выводу, что смесь галлия, никеля и железа в сочетании со щепоткой кремния является оптимальной в качестве катализатора роста алмазов. И действительно, на дне тигля алмазы начали появляться уже через 15 минут в виде алмазной пленки. Спектроскопический анализ показал, что эта пленка достаточно прозрачная с небольшой примесью атомов кремния.

Точный механизм образования алмазов в данном методе пока не уточнён. Предположительно, температура оказывает влияние на движение углерода к центру тигля, где он кристаллизуется и превращается в алмазную структуру.

Отмечается, что у нового метода есть и свои недостатки. Одна из проблем заключается в том, что получаемые таким способом алмазы очень малы — в сотни тысяч раз меньше тех, которые выращиваются методом HPHT. Из-за этого их нельзя использовать в качестве носимых драгоценностей. Потенциальное применение этих алмазов в технологических целях, например для полировки и сверления, пока тоже под вопросом. Однако, поскольку процесс протекает при низком давлении, то, по словам Руоффа, он может значительно масштабировать синтез алмазов. В течение нескольких лет мир может получить более четкое представление о возможном коммерческом применении этого метода.

Чипы из алмазов станут следующим поколением решений для датчиков и силовых элементов, которые не боятся перегрева. Но для массового внедрения необходим малозатратный и эффективный техпроцесс получения алмазных плёнок и подложек. Похоже, учёные из Южной Кореи нашли решение. Сообщается, что они научились синтезировать искусственные алмазы при обычном атмосферном давлении и на достаточно простом оборудовании, причём за считанные минуты.

Виды синтезированных учёными из Южной Кореи алмазов. Источник изображения: UNIST

Впервые искусственные алмазы почти 50 лет назад вырастили в лаборатории компании General Electric. Для этого потребовалось имитировать условия в мантии Земли, где алмазы образуются естественным образом. Учёные поместили в искусственную среду с давлением 10 тыс. атмосфер и температурой 1400 °C сульфид железа, который в таких условиях в присутствии углерода синтезировал алмаз из затравки. Также синтетические алмазы можно изготавливать методом химического осаждения из паровой фазы. Тоже в присутствии затравки и с использованием сложного оборудования.

Учёные из Ульсанского национального института науки и технологий (UNIST) предложили нечто совершенно иное и простое. Ещё раньше один из авторов новой работы заметил, что атомы углерода можно связывать в присутствии жидкого галлия. Его температура плавления составляет всего лишь 29,76 °C. В среде газообразного метана в присутствии галлия углерод превращался в графен. Следовательно, данный метод можно было попытаться использовать для синтеза алмазов.

К открытию привела случайность: капля жидкого галлия попала на кремниевую пластинку и растворила его. В этом месте учёные обнаружили вкрапления крошечных алмазов. Дальнейший поиск привёл к разработке процесса, в котором смесь жидкого галлия, кремния, железа и никеля нагревалась в небольшом тигле до температуры 1025 °C и подвергалась воздействию газов метана и водорода. В небольшой по объёму рабочей камере алмазы возникали уже через 15 минут без необходимости в затравке.

Учёные уверены, что благодаря их открытию можно будет запустить синтез алмазных подложек и плёнок для нужд полупроводниковой промышленности и не только.

Недавно астрономами были обнаружены признаки того, что белый карлик, расположенный приблизительно в 104 световых годах от Земли, медленно «кристаллизуется» в алмаз размером с планету. Открытие частично подтверждает существующие теории об окончательной судьбе большинства звёзд.

Источник изображения: Daniele Levis Pelusi/unsplash.com

Данные телескопа Gaia Европейского космического агентства (ESA) позволяют предположить, что белый карлик гравитационно связан с системой из трёх звёзд — HD 190412. Наблюдения свидетельствуют, что его ядро находится в процессе кристаллизации, что может мешать установить реальный возраст звезды. Хотя прочие светила из этого «квартета» насчитывают приблизительно по 7,3 млрд лет, белый карлик, возможно, намного моложе, его возраст предположительно составляет около 4,2 млрд лет. Результаты исследования, проведённого учёными из Австралии, Канады, Великобритании и США, доступны в базе arXiv, но пока не получили рецензий, поэтому читателям стоит воспринимать информацию с осторожностью.

Белый карлик представляет собой позднюю стадию жизненного цикла звезды — она превращается в подобное небесное тело после того, как сожгла весь водород. На этом этапе у звёзд с массами от низкой до умеренной в результате термоядерных реакций сбрасываются внешние оболочки и остаётся чрезвычайно плотное ядро, которое, собственно, и является белым карликом, масса звезды может умещаться в объёме, эквивалентном объёму Земли. Когда окончательно сжигают топливо более массивные звёзды, они могут коллапсировать в чёрные дыры.

Изначально температура белых карликов чрезвычайно высока, но постепенно они остывают и кристаллизуются, поскольку новые источники энергии отсутствуют. В итоге такие звёзды, предположительно, станут холодными и тёмными объектами — чёрными карликами, по составу и структурно похожими на алмазы. Согласно теориям учёных, на подобный процесс уйдёт намного больше 13,8 млрд лет, прошедших со времён Большого взрыва, поэтому, вероятно, чёрных карликов пока во вселенной не существует. Тем не менее, подобная судьба, как ожидается, в итоге ожидает около 97 % звёзд Млечного пути, включая Солнце.

Согласно существующим теориям, по мере приближения тепловой смерти Вселенной последними останутся только чёрные дыры и чёрные карлики, остальные звёзды и галактики к тому времени уже исчезнут. Обнаружение звезды в процессе кристаллизации так близко к Солнечной системе поможет астрономам лучше понять происходящие процессы и насколько такие звёзды распространены вообще. Пока считается, что из 100 ближайших звёзд меньше 10 — белые карлики, поэтому находка имеет большую ценность для наблюдений.

Также не так давно открыта планета, вращающаяся вокруг двух звёзд — как Татуин из «Звёздных войн», и пока астрономам известно только 12 циркумбинарных систем.

На бывшем заводе Toyota в Санкт-Петербурге планируется запустить производство электрических микроавтомобилей L-type. Это компактный городской электромобиль категории B1 (L7е) с быстрозаменяемыми батареями, созданный полностью из комплектующих российского производства. Максимальная скорость составит 90 км/ч, запас хода на одной зарядке — 183 км.

Источник изображения: unsplash.com

Микроавтомобиль подойдёт для корпоративных автопарков, которые используют свои авто для доставки товаров со складов непосредственно к клиентам, например, для торговых сетей, ресторанного бизнеса, а также служб городского сервиса, закрытых территорий и аренды.

Этой информацией поделился заместитель генерального директора концерна ВКО «Алмаз-Антей», генеральный директор АО «Обуховский завод» Михаил Подвязников. Бывший завод ООО «Тойота Мотор» был приобретён дочерним предприятием ФГУП «НАМИ» ООО «Шушары-Авто» и передан под контроль АО «Обуховский завод». На АО «Обуховский завод» возложена задача по управлению всей оперативной деятельностью предприятия для организации производства автомобилей.

«Мы будем выпускать ещё маленькие машинки L-type. Презентация этой машины будет 25-26 мая уже на бывшем заводе Toyotа. Будет показан первый образец. Мы будем выпускать их порядка 10–14 тысяч. До тех пор, пока не раскрутим производство электромобилей», — сообщил журналистам Михаил Подвязников.

Начало производства намечено на 2024 год. Завод планирует сначала производить по 2 тысячи микроавтомобилей в год, затем к 2029 году, нарастить их выпуск до 10–12 тысяч в год. Кроме того, в 2026 году «Алмаз-Антей» планирует начать на бывшем заводе Toyota в Санкт-Петербурге серийный выпуск электромобилей Е-Neva. Также в 2024 году здесь намечено начало производства грузового автомобиля гражданского назначения БАЗ-S36A11.

Производство электрического кроссовера E-Neva запустят на бывшем автозаводе Toyota в Санкт-Петербурге. Об этом журналистам сообщил вице-премьер, глава Минпромторга Денис Мантуров. «Начало производства автомобиля запланировано на 2026 год. А до этого времени есть варианты ещё с кем-то из автопроизводителей делать сборку, чтобы раскачать само производство», — сообщил чиновник.

Источник изображения: avtopromnews.ru

Петербургский завод Toyota перешёл под контроль подведомственного Минпромторгу ФГУП НАМИ в конце марта. Подробности сделки неизвестны, но министерство сообщило, что соглашение между государством и автоконцерном «подразумевает полную передачу прав собственности на здание завода, оборудование и землю».

Разработанный Обуховским заводом, входящим в концерн «Алмаз-Антей», прототип электромобиля E-Neva министру показывали ещё в июле 2022 года. Он пообещал найти индустриального партнёра для производства электрокроссовера «в ближайшие месяцы». Также экспериментальный образец машины был показан Владимиру Путину в ходе его январского визита на Обуховский завод.

Toyota в сентябре 2022 года сообщила о прекращении производства на заводе в Санкт-Петербурге, где выпускались автомобили RAV-4 и Camry. Компания обещала сохранить в России послепродажное обслуживание машин Toyota и Lexus, а также поддержку дилерской сети. Тогда компания оценивала расходы, связанные с прекращением производства в России в $650 млн.

Пока бывший завод японского автоконцерна в Петербурге простаивает. В декабре сообщалось о проведении консервации на предприятии. Также поступала информация о проведении внеплановой проверки «соблюдения требований налогового, трудового законодательства, законодательства об импортозамещении, акционерных обществах, техническом регулировании, промышленной безопасности». В проверке были задействованы прокуратура, Ростехнадзор, налоговая и трудовая инспекции, а также ФГУП НАМИ при поддержке силовых структур. Тогда НАМИ не рассматривал покупку завода.

НАМИ консолидировал активы автомобильной промышленности после ухода с местного рынка иностранных автопроизводителей. Институт получил от Renault 67,7 % акций «АвтоВАЗа» и активы петербургского завода Nissan, который находится в прямом владении «АвтоВАЗа». НАМИ также принадлежат 63,5 % в проекте производства представительских автомобилей Aurus.

Компания Amazon совместно с одним из подразделений компании De Beers Group наладит выращивание алмазов с заданными характеристиками — их планируется использовать для революционного изменения компьютерных сетей. Группа Element Six, входящая в De Beers, будет работать с Центром квантовых сетей Amazon Web Services (AWS), создавая решения нового поколения для безопасной передачи данных на длинные дистанции.

Источник изображения: ColiN00B/pixabay.com

Квантовые сети используют субатомную материю для доставки данных способом, принципиально отличающимся от того, что применяется в современных оптоволоконных системах. Считается, что алмазы станут частью этой системы — они позволят отправлять данные на более протяжённые расстояния без сбоев.

Если обычные ретрансляторы не могут передавать информацию в виде кубитов, то новое оборудование может обеспечить революционными возможностями сети AWS, которая является поставщиком облачных вычислительных сервисов — на них приходится немалая часть прибыли Amazon. По оценкам экспертов компании, технологию начнут использовать «через годы, а не десятилетия», как предполагалось ранее.

Поскольку Amazon владеет значительной долей на рынке облачных вычислений и хранилищ информации, компания намерена с помощью защищённой квантовой связи сохранять лидерство в критически важных для себя сферах, что обеспечит ей преимущество перед конкурентами вроде Microsoft и Google. В Element Six надеются найти новое применение промышленным алмазам, которые ценятся за твёрдость и возможность работать в качестве линз. Их использование в квантовых решениях может открыть большие возможности для De Beers.

Широкое распространение квантовых сетей потребует большого числа специальных компонентов, включая специализированные алмазы. Сообщается, что Element Six недавно открыла завод в США, позволяющий создавать до 2 млн подобных элементов ежегодно с помощью технологии химического осаждения из паровой фазы.

Алмаз представляет собой одну из разновидностей углерода, благодаря своей кристаллической структуре это один из самых твёрдых и теплопроводных материалов, встречающихся в природе. В натуральных алмазах встречаются вкрапления других химических элементов вроде атомов азота, влияющих на цвет камней, а учёные считают, что подобные, но только искусственно упорядоченные вкрапления могут способствовать их использованию в качестве ретрансляторов в квантовых сетях.

Кроме того, их массовое производство может помочь распространению квантовых вычислений — сети должны подключаться к квантовым компьютерам, работающим на родственных технологиях, что и позволит создавать целые вычислительные сети невообразимой сегодня производительности.