Τα μικρότερα διαμάντια, πλάτους μόλις λίγων νανόμετρων, χρησιμοποιούνται ευρέως σε αισθητήρες και
Οι επιστήμονες αναφέρουν μέθοδο καλλιέργειαςυπερ-ομοιογενή νανοδιαμάντια χωρίς τη χρήση εκρηκτικών. Το δεύτερο πλεονέκτημα της νέας μεθόδου είναι η προσθήκη χρήσιμων μονοατομικών ελαττωμάτων σε κατά τα άλλα ιδανικά διαμάντια.
«Είναι εκπληκτικό το γεγονός ότι αν και το διαμάντι είναι χημικά αρκετάαπλό - είναι ένα στοιχείο, ο άνθρακας - είναι εξαιρετικά δύσκολο να κατασκευαστεί αυτό το υλικό σε κλίμακα νανομέτρων», λέει ο Hao Yang, ο κύριος ερευνητής του έργου.
Ο άνθρακας γίνεται διαμάντι όταν τα άτομα αυτούτα στοιχεία παρατάσσονται σε ένα άκαμπτο τρισδιάστατο κυβικό σχέδιο υπό συνθήκες υψηλής πίεσης και υψηλής θερμοκρασίας. Οι ερευνητές έχουν δημιουργήσει στο παρελθόν νανοδιαμάντια στο εργαστήριο πυροδοτώντας ένα εκρηκτικό όπως το τρινιτροτολουόλιο σε ένα σφραγισμένο δοχείο από ανοξείδωτο χάλυβα. Η έκρηξη μετατρέπει τον άνθρακα στο εκρηκτικό υλικό σε μικροσκοπικά σωματίδια διαμαντιού. Ωστόσο, αυτή η μέθοδος είναι δύσκολο να ελεγχθεί, εξηγούν οι ερευνητές. Επιπλέον, οι προκύπτοντες κρύσταλλοι δεν έχουν ομοιόμορφο μέγεθος, απαιτώντας πρόσθετα βήματα για την ταξινόμηση τους.
Για να αναπτύξουν μια πιο ακριβή μέθοδο παραγωγής νανοδιαμαντιών, οι επιστήμονες μελέτησαν τη «χημεία» που χρησιμοποιεί η φύση.
«Συνειδητοποιήσαμε ότι τα μέρη όπου σχηματίζονται τα διαμάντια στον μανδύα της Γης περιέχουν πολύ σίδηρο και ενώσεις σιδήρου-άνθρακα, συμπεριλαμβανομένων καρβιδίων και ανθρακικών αλάτων», λέει ο Yang.
Και όταν το καρβίδιο του σιδήρου αντιδρά με το οξείδιο του σιδήρου μεταξύ του φλοιού και του άνω μανδύα, τα διαμάντια αναπτύσσονται.
Οπλισμένοι με αυτή τη γνώση, οι επιστήμονες αναπτύχθηκανμια χημική διαδικασία για την προσομοίωση του λιθοσφαιρικού περιβάλλοντος που βρίσκεται κάτω από την επιφάνεια της Γης. Για να γίνει αυτό, δημιούργησαν ομοιόμορφου μεγέθους νανοσωματίδια καρβιδίου του σιδήρου ως πηγή άνθρακα για τα διαμάντια. Τα σωματίδια στη συνέχεια τοποθετήθηκαν σε περιβάλλον υψηλής πίεσης και υψηλής θερμοκρασίας παρόμοιο με τις συνθήκες στα μέρη όπου σχηματίζονται φυσικά διαμάντια. Οι ενώσεις αντέδρασαν, με αποτέλεσμα πολύ ομοιογενή νανοδιαμάντια.
Η νέα μέθοδος σας επιτρέπει να δημιουργείτε κρυστάλλους με πλάτοςμόνο 2 nm με διαφορές μεταξύ τους μικρότερες από ένα νανόμετρο. Προηγουμένως, τέτοια αποτελέσματα δεν είχαν ληφθεί. Οι επιστήμονες ισχυρίζονται ότι αυτή είναι μια τάξη μεγέθους καλύτερη από ό,τι μπορεί να κάνει ο καθένας χωρίς πρόσθετα βήματα μετασυνθετικής επεξεργασίας ή καθαρισμού.
Δημιουργία ομοιογενών, τέλειων νανοδιαμαντιών -Αυτό από μόνο του είναι καλό, λένε οι ερευνητές, αλλά αυτά τα υλικά μπορούν να είναι ακόμη πιο χρήσιμα όταν έχουν ελαττώματα, όπως κενούς χώρους στη δομή του διαμαντιού. Αυτά τα κενά μπορούν να αντικατασταθούν με άτομα άνθρακα, αζώτου, πυριτίου, νικελίου ή άλλου στοιχείου. Τα ενσωματωμένα άτομα χωρίς άνθρακα χρωματίζουν ελαφρώς το υλικό και ονομάζονται «κέντρα χρώματος».
Παραδοσιακά για βομβαρδισμό με διαμάντια καιΗ ενσωμάτωση αυτών των στοιχείων στην κρυσταλλική δομή χρησιμοποιεί μια δέσμη ατόμων υψηλής ενέργειας όπως άζωτο ή πυρίτιο. Ωστόσο, αυτή η μέθοδος δεν μπορεί να ελέγξει πόσα χρωματικά κέντρα προστίθενται σε ένα μόνο διαμάντι, απαιτώντας βήματα μετα-επεξεργασίας για την παραγωγή κρυστάλλων με ελάττωμα ενός ατόμου. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι με τη νέα μέθοδο, θα μπορούσαν να αναπτύξουν έναν τρόπο αντικατάστασης μόνο ενός από τους χιλιάδες άνθρακες που υπάρχουν σε ένα νανοδιαμάντι. Τα νανοσωματίδια με ένα μόνο χρωματικό κέντρο είναι ιδιαίτερα επιθυμητά, καθώς μπορούν να αποθηκεύσουν με ασφάλεια πληροφορίες σε κβαντικούς υπολογιστές και τηλεπικοινωνιακές συσκευές.
«Τώρα έχουμε την τέλεια πλατφόρμα γιαανάπτυξη μιας μεθόδου για την κατασκευή ενός μονόχρωμου κεντρικού νανοδιαμαντιού, η οποία αποτελεί σημαντική ανακάλυψη για μια σειρά τεχνολογιών που σχετίζονται με τα διαμάντια. Αλλά επίσης, με μια ευρύτερη έννοια, θα ήταν μια συναρπαστική επίδειξη του πώς μπορείτε να ελέγξετε ένα άτομο σε μια πολύ μεγαλύτερη δομή», λέει ο Yang.
Διαβάστε περισσότερα
Ο «James Webb» τράβηξε την πιο καθαρή φωτογραφία ενός σταρ στην ιστορία
Οι εξελίξεις των ακτινολόγων της Μόσχας στο AI έγιναν η βάση των ομοσπονδιακών προτύπων
Η κβαντική φόρτιση θα επιτρέψει τη γρήγορη φόρτιση ηλεκτρικών οχημάτων που θα σπάσει ρεκόρ