De mindste diamanter, med en bredde på kun få nanometer, anvendes i vid udstrækning i sensorer og
Forskere rapporterer om dyrkningsmetodeultrahomogene nanodiamanter uden brug af sprængstoffer. Den anden fordel ved den nye metode er tilføjelsen af nyttige monoatomiske defekter til ellers ideelle diamanter.
"Det er overraskende, at selvom diamant er kemisk ganskesimpelt - det er ét element, kulstof - det er ekstremt svært at fremstille dette materiale på nanometerskala," siger Hao Yang, projektets hovedefterforsker.
Kulstof bliver diamant, når atomerne af denneelementer stiller sig op i et stift tredimensionelt kubisk mønster under forhold med højt tryk og høj temperatur. Forskere har tidligere skabt nanodiamanter i laboratoriet ved at detonere et sprængstof som trinitrotoluen i en forseglet beholder af rustfrit stål. Eksplosionen forvandler kulstoffet i det eksplosive materiale til bittesmå diamantpartikler. Denne metode er dog svær at kontrollere, forklarer forskerne. Derudover er de resulterende krystaller ikke ensartede i størrelse, hvilket kræver yderligere trin for at sortere dem.
For at udvikle en mere præcis måde at producere nanodiamanter på, studerede forskerne den "kemi", der anvendes afnatur.
"Vi indså, at de steder, hvor diamanter dannes i jordens kappe, indeholderen masse jern- og jern-kulstofforbindelser, herunder carbider og carbonater," sigerYang.
Og når jerncarbid reagerer med jernoxid mellem skorpen og den øvre kappe, vokser diamanter.
Bevæbnet med denne viden har forskere udviklet en kemisk proces til at efterligne det litosfæriske miljø under jordens overflade.For at gøre dette skabte de jerncarbid nanopartikler af ensartet størrelse som kulstofkilde til diamanter.Partiklerne blev derefter anbragt i et miljø med højt tryk og høj temperatur, svarende til dem, der findes på steder, hvor naturlige diamanter dannes.Forbindelserne reagerede, og resultatet var meget homogene nanodiamanter.
Den nye metode giver dig mulighed for at skabe krystaller med en breddekun 2 nm med forskelle mellem dem mindre end en nanometer. Tidligere er sådanne resultater ikke opnået. Forskerne hævder, at dette er en størrelsesorden bedre, end nogen kan gøre uden yderligere postsyntetiske behandlings- eller oprensningstrin.
At skabe homogene, perfekte nanodiamanter er en god ting i sig selv, mener deforskere, men disse materialer kan være endnu mere nyttige, når de har defekter, såsom tomme rum i strukturen af en diamant.Disse hulrum kan erstattes med atomer af kulstof, nitrogen, silicium, nikkel eller et andet element.Indlejrede ikke-carbonatomer farver materialet let, de kaldes "farvecentre".
Traditionelt til diamantbombardement ogIndlejring af disse elementer i krystalstrukturen bruger en højenergistråle af atomer såsom nitrogen eller silicium. Denne metode kan dog ikke kontrollere, hvor mange farvecentre der føjes til en enkelt diamant, hvilket kræver efterbehandlingstrin for at producere krystaller med en etatoms defekt. Forskerne mener, at de med den nye metode kunne udvikle en måde at erstatte blot et af de tusindvis af kulstof, der findes i en nanodiamant. Nanopartikler med kun ét farvecenter er yderst ønskelige, da de sikkert kan lagre information i kvantecomputere og telekommunikationsenheder.
”Nu har vi den perfekte platform tiludvikling af en metode til fremstilling af en ensfarvet central nanodiamant, som er et gennembrud for en række teknologier relateret til diamanter. Men også i bredere forstand ville det være en fascinerende demonstration af, hvordan man kan kontrollere et atom i en meget større struktur,” siger Yang.
Læs mere
"James Webb" tog historiens klareste billede af en stjerne
Udviklingen af Moskva-radiologer på AI blev grundlaget for føderale standarder
Kvanteopladning vil muliggøre rekord-hurtig opladning af elbiler