Алмазные традиции меняют свою структуру: пять причин для новых инвестиций

«Не счесть алмазов в каменных пещерах», – поется в арии индийского гостя из оперы «Садко»… Их блеск, попадая в глаза, радует взор. Но кроме ювелирного применения, у алмаза есть научные, индустриальные и высокотехнологические применения.

Алмазный кластер, создаваемый в России, не акцентирует свое внимание только на ювелирной индустрии. Какие же задачи собирается решать это профессиональное сообщество? В России всегда существовал интерес к инвестициям в бриллианты. Сегодня традиционный интерес растет, во многом благодаря отмене НДС на их покупку у банков физическими лицами. Но есть и другие причины инвестировать в алмазную отрасль – с открытием методов синтеза алмазов значительные инвестиции стали вкладываться в их производство и исследования.

Оказалось, что соединение алмазов с режущим, абразивным или породоразрушающим инструментом дает высокую маржу в продукции горнодобывающей промышленности или тяжелого машиностроения. Для создания таких синтетических алмазов технического назначения используют HPHT-технологию (высокой температуры и высокого давления, свыше 1400 градусов и около 5 ГПа). Впрочем, эти задачи, кажется, еще далеки от микроэлектроники. Но с разработкой CVD-технологии (химического осаждения из газовой фазы) появилась возможность создания алмазных пленок, а это уже технологии микроэлектроники.

По оценкам аналитиков (Bain The Global Diamond Industry 2020–21 Report), доля бриллиантов синтетического типа на мировом рынке составляет примерно 50 млрд долл., а природных камней – 67,5 млрд долл. Доля синтетических алмазов от общего рынка технических алмазов составляет >99%. 45% синтетических алмазов производится по технологии НРНТ – основной производитель Китай, 55% – по технологии CVD-газофазного осаждения на подложку – основной производитель Индия. Основным потребителем синтетических алмазов является США – 80% мирового производства, Китай потребляет – 10 %, остальные страны – 10 %.

Оказывается и радиофотоника, техника которой построена на совмещении принципов фотоники и радиотехники (microwave) и позволяет создавать радиочастотные устройства с параметрами, недостижимыми в традиционных изделиях электроники, тоже потребляет синтетические алмазы. Сверхвысокое быстродействие и помехоустойчивость обеспечивают фотоны, которые, в отличие от электронов, не имеют ни массы, ни заряда.

Сердцем РОФАРов (радиооптические фазированные антенные решетки), которые имеют высокую разрешающую способность, частоту излучения от 1 Гц до 100 ГГц одновременно и идентифицируют объекты на дальности до 400 км, является мазер – генератор излучения микроволнового диапазона. В отличие от лазера, мазер не получил широкого распространения, хотя был изобретен на шесть лет раньше его. Причина упиралась в большие габариты инструмента и требования высокого охлаждения. Но недавние эксперименты с синтетическими алмазами показали, что при их облучении пучком высокоэнергетических электронов в кристаллической решетке образуются вакансии (после потери выбитых атомов углерода). Нагрев алмаза в азотной среде и его последующий отжиг вызывают образование азотозамещенных вакансий или NV-центров. Оптическая накачка алмаза излучением на длине волны 532 нм в объеме внешнего магнитного поля (синтетический алмаз реагирует на сильное магнитное поле) создает инверсию населенности энергетических уровней NV-центров. А после многократного отражения внутри диэлектрического резонатора из монокристаллического сапфира происходит усиление и генерация радиоизлучения, то есть при комнатной температуре создается режим мазерного излучения.

Технологии CVD расширили возможности создания на основе алмазных пленок СВЧ-приборов, теплопроводящих подложек для электроники, элементов конструкций в лампах бегущей волны, приборов акустоэлектроники, лазерных диодов, прототипов квантовых компьютеров, оборудования для астрономии, призм, линз, терагерцовых излучателей и радаров, проводящих наноалмазов для терапии и доставки лекарств к поврежденным органам, нанокристаллических алмазных покрытий с контролируемой проводимостью, радиационно стойких детекторов.

В России многие компании занимаются технологиями создания синтетических алмазов с NV-центрами, которые находят применение в микроэлектронике, фотонике, радиофотонике и нанотехнологиях, но они разрозненны, а их результаты требуют объединения. Алмазная отрасль существует, хотя нерешенные вопросы финансово-экономического характера, отсутствие четкой иерархии правовых норм и структуры управления отраслью сдерживают ее развитие. И есть одна большая проблема – недостаточное осознание ее роли общественностью и властью, в сознании которых алмаз играет роль красивого бриллианта.

Поэтому создаваемый алмазный кластер выступает как орган для объединения усилий всех направлений – и синтеза алмаза, и инновационных алмазных технологий в РФ, и нормативного обеспечения − на одной площадке для достижения максимально быстрого и качественного результата. Рынок синтетических алмазов не насыщен (пока!).