Nejmenší diamanty, jen několik nanometrů široké, jsou široce používány v senzorech a
Vědci uvádějí způsob pěstováníultrahomogenní nanodiamanty bez použití výbušnin. Druhou výhodou nové metody je přidání užitečných monatomických defektů k jinak ideálním diamantům.
"Je překvapivé, že ačkoli je diamant chemicky docelajednoduché – je to jeden prvek, uhlík – je extrémně obtížné vyrobit tento materiál v nanometrovém měřítku,“ říká Hao Yang, hlavní řešitel projektu.
Uhlík se stane diamantem, když atomy tohotoprvky se řadí do tuhého trojrozměrného krychlového vzoru za podmínek vysokého tlaku a vysoké teploty. Vědci již dříve vytvořili nanodiamanty v laboratoři odpálením výbušniny, jako je trinitrotoluen v uzavřené nádobě z nerezové oceli. Výbuch změní uhlík ve výbušném materiálu na drobné diamantové částice. Tato metoda je však obtížně kontrolovatelná, vysvětlují vědci. Kromě toho výsledné krystaly nejsou jednotné velikosti, což vyžaduje další kroky k jejich třídění.
Aby vyvinuli přesnější metodu výroby nanodiamantů, vědci studovali „chemii“, kterou příroda používá.
„Uvědomili jsme si, že místa, kde se v zemském plášti tvoří diamanty, obsahují spoustu železa a sloučenin železa a uhlíku, včetně karbidů a uhličitanů,“ říká Yang.
A když karbid železa reaguje s oxidem železa mezi kůrou a horním pláštěm, diamanty rostou.
Vyzbrojeni těmito znalostmi se vědci rozvinulichemický proces k simulaci litosférického prostředí nacházejícího se pod zemským povrchem. Za tímto účelem vytvořili rovnoměrně velké nanočástice karbidu železa jako zdroj uhlíku pro diamanty. Částice pak byly umístěny do vysokotlakého a vysokoteplotního prostředí podobného podmínkám v místech, kde vznikají přírodní diamanty. Sloučeniny reagovaly a výsledkem byly velmi homogenní nanodiamanty.
Nová metoda umožňuje vytvářet krystaly o šířcepouze 2 nm s rozdíly mezi nimi menšími než nanometr. Dříve takové výsledky nebyly získány. Vědci tvrdí, že je to o řád lepší, než by kdokoli mohl udělat bez dalších kroků po syntéze nebo čištění.
Vytvoření homogenních, dokonalých nanodiamantů -To je samo o sobě dobrá věc, říkají vědci, ale tyto materiály mohou být ještě užitečnější, když mají vady, jako jsou prázdná místa ve struktuře diamantu. Tyto dutiny mohou být nahrazeny atomy uhlíku, dusíku, křemíku, niklu nebo jiného prvku. Vložené neuhlíkové atomy mírně zbarvují materiál a nazývají se „barevná centra“.
Tradičně pro bombardování diamanty aZabudování těchto prvků do krystalové struktury využívá vysokoenergetický paprsek atomů, jako je dusík nebo křemík. Tato metoda však nemůže řídit, kolik barevných center se přidá k jednomu diamantu, což vyžaduje kroky následného zpracování k výrobě krystalů s defektem jednoho atomu. Vědci věří, že s novou metodou by mohli vyvinout způsob, jak nahradit jen jeden z tisíců uhlíků přítomných v nanodiamantu. Nanočástice s pouze jedním barevným středem jsou velmi žádoucí, protože mohou bezpečně ukládat informace v kvantových počítačích a telekomunikačních zařízeních.
"Nyní máme perfektní platformu."vývoj metody výroby jednobarevného centrálního nanodiamantu, který je průlomový pro řadu technologií souvisejících s diamanty. Ale také v širším slova smyslu by to byla fascinující ukázka toho, jak můžete ovládat jeden atom v mnohem větší struktuře,“ říká Yang.
Přečtěte si více
"James Webb" pořídil nejjasnější fotografii hvězdy v historii
Vývoj moskevských radiologů na AI se stal základem federálních standardů
Kvantové nabíjení umožní rekordně rychlé nabíjení elektromobilů