Los diamantes más pequeños, de sólo unos pocos nanómetros de ancho, se utilizan ampliamente en sensores y
Científicos informan método de cultivonanodiamantes ultrahomogéneos sin el uso de explosivos. La segunda ventaja del nuevo método es la adición de defectos monoatómicos útiles a los diamantes ideales.
“Es sorprendente que, aunque el diamante es químicamente bastantesimple, es un elemento, el carbono, es extremadamente difícil fabricar este material a escala nanométrica", dice Hao Yang, investigador principal del proyecto.
El carbono se convierte en diamante cuando los átomos de estelos elementos se alinean en un patrón cúbico tridimensional rígido en condiciones de alta presión y alta temperatura. Los investigadores crearon previamente nanodiamantes en el laboratorio al detonar un explosivo como el trinitrotolueno en un recipiente de acero inoxidable sellado. La explosión convierte el carbono del material explosivo en diminutas partículas de diamante. Sin embargo, este método es difícil de controlar, explican los investigadores. Además, los cristales resultantes no tienen un tamaño uniforme, lo que requiere pasos adicionales para clasificarlos.
Para desarrollar un método más preciso para producir nanodiamantes, los científicos estudiaron la "química" que utiliza la naturaleza.
"Nos dimos cuenta de que los lugares donde se forman los diamantes en el manto de la Tierra contienen una gran cantidad de hierro y compuestos de hierro y carbono, incluidos carburos y carbonatos", dice Yang.
Y cuando el carburo de hierro reacciona con el óxido de hierro entre la corteza y el manto superior, crecen los diamantes.
Armados con este conocimiento, los científicos desarrollaronun proceso químico para simular el ambiente litosférico que se encuentra debajo de la superficie de la Tierra. Para ello, crearon nanopartículas de carburo de hierro de tamaño uniforme como fuente de carbono para los diamantes. Luego, las partículas se colocaron en un ambiente de alta presión y alta temperatura similar a las condiciones en los lugares donde se forman los diamantes naturales. Los compuestos reaccionaron dando como resultado nanodiamantes muy homogéneos.
El nuevo método le permite crear cristales con un anchosolo 2 nm con diferencias entre ellos menores a un nanómetro. Anteriormente, tales resultados no se han obtenido. Los científicos afirman que esto es un orden de magnitud mejor de lo que cualquiera puede hacer sin pasos adicionales de purificación o procesamiento post-sintético.
Creación de nanodiamantes homogéneos y perfectos -Eso es algo bueno en sí mismo, dicen los investigadores, pero estos materiales pueden ser aún más útiles cuando tienen defectos, como espacios vacíos en la estructura del diamante. Estos vacíos se pueden reemplazar con átomos de carbono, nitrógeno, silicio, níquel u otro elemento. Los átomos distintos de carbono incrustados colorean ligeramente el material y se denominan "centros de color".
Tradicionalmente para el bombardeo de diamantes yIncrustar estos elementos en la estructura cristalina utiliza un haz de átomos de alta energía como el nitrógeno o el silicio. Sin embargo, este método no puede controlar cuántos centros de color se agregan a un solo diamante, lo que requiere pasos de procesamiento posterior para producir cristales con un defecto de un átomo. Los científicos creen que con el nuevo método podrían desarrollar una forma de reemplazar solo uno de los miles de carbonos presentes en un nanodiamante. Las nanopartículas con un solo centro de color son muy deseables, ya que pueden almacenar información de forma segura en computadoras cuánticas y dispositivos de telecomunicaciones.
“Ahora tenemos la plataforma perfecta paradesarrollo de un método para la fabricación de un nanodiamante central de un solo color, que es un gran avance para una serie de tecnologías relacionadas con los diamantes. Pero también, en un sentido más amplio, sería una demostración fascinante de cómo se puede controlar un átomo en una estructura mucho más grande”, dice Yang.
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