Pienimmät, vain muutaman nanometrin leveät timantit ovat laajalti käytössä antureissa ja
Tiedemiehet raportoivat viljelymenetelmästäultrahomogeeniset nanotimantit ilman räjähteitä. Toinen uuden menetelmän etu on hyödyllisten monatomisten vikojen lisääminen muuten ihanteellisiin timantteihin.
”On yllättävää, että vaikka timantti on kemiallisesti melkoyksinkertainen - se on yksi elementti, hiili - on erittäin vaikeaa valmistaa tätä materiaalia nanometrin mittakaavassa", sanoo Hao Yang, projektin päätutkija.
Hiilestä tulee timantti, kun tämän atomitelementit asettuvat jäykkään kolmiulotteiseen kuutiokuvioon korkean paineen ja korkean lämpötilan olosuhteissa. Tutkijat ovat aiemmin luoneet nanotimantteja laboratoriossa räjäyttämällä räjähteitä, kuten trinitrotolueenia suljetussa ruostumattomasta teräksestä valmistetun astian sisällä. Räjähdys muuttaa räjähdysaineessa olevan hiilen pieniksi timanttihiukkasiksi. Tätä menetelmää on kuitenkin vaikea hallita, tutkijat selittävät. Lisäksi tuloksena olevat kiteet eivät ole kooltaan tasaisia, mikä vaatii ylimääräisiä vaiheita niiden lajitteluun.
Kehittääkseen tarkemman tavan tuottaa nanotimantteja tutkijat tutkivat luonnon käyttämää "kemiaa".
"Ymmärsimme, että paikat, joissa timantit muodostuvat maan vaipan sisällä, sisältävät paljon rauta- ja rauta-hiiliyhdisteitä, mukaan lukien karbidit ja karbonaatit", Yang sanoo.
Ja kun rautakarbidi reagoi rautaoksidin kanssa kuoren ja ylemmän vaipan välissä, timantit kasvavat.
Tämän tiedon avulla tutkijat kehittivätkemiallinen prosessi, joka simuloi maan pinnan alta löytyvää litosfääriympäristöä. Tätä varten he loivat tasakokoisia rautakarbidin nanohiukkasia timanttien hiilen lähteeksi. Hiukkaset asetettiin sitten korkeapaineiseen, korkean lämpötilan ympäristöön, joka oli samanlainen kuin luonnontimanttien muodostumispaikoissa. Yhdisteet reagoivat, jolloin tuloksena oli erittäin homogeenisia nanotimantteja.
Uuden menetelmän avulla voit luoda leveitä kiteitävain 2 nm ja erot niiden välillä alle nanometrin. Aikaisemmin tällaisia tuloksia ei ole saatu. Tiedemiehet väittävät, että tämä on suuruusluokkaa parempi kuin kukaan voi tehdä ilman ylimääräisiä synteettisiä käsittely- tai puhdistusvaiheita.
Homogeenisten, täydellisten nanotimanttien luominen -Se on sinänsä hyvä asia, tutkijat sanovat, mutta nämä materiaalit voivat olla vieläkin hyödyllisempiä, kun niissä on vikoja, kuten tyhjiä tiloja timantin rakenteessa. Nämä ontelot voidaan korvata hiili-, typpi-, piin, nikkelin tai muun alkuaineen atomeilla. Upotetut ei-hiiliatomit värjäävät materiaalia hieman ja niitä kutsutaan "värikeskuksiksi".
Perinteisesti timanttipommitukseen jaNäiden elementtien upottaminen kiderakenteeseen käyttää korkeaenergistä atomisädettä, kuten typpeä tai piitä. Tällä menetelmällä ei kuitenkaan voida hallita, kuinka monta värikeskusta lisätään yhteen timanttiin, mikä vaatii jälkikäsittelyvaiheita, jotta voidaan tuottaa kiteitä, joissa on yhden atomin vika. Tutkijat uskovat, että uudella menetelmällä he voisivat kehittää tavan korvata vain yksi tuhansista nanotimantissa olevista hiileistä. Nanohiukkaset, joissa on vain yksi värikeskus, ovat erittäin toivottavia, koska ne voivat tallentaa tietoa turvallisesti kvanttitietokoneisiin ja tietoliikennelaitteisiin.
"Nyt meillä on täydellinen alustamenetelmän kehittäminen yksivärisen keskusnanotimantin valmistamiseksi, mikä on läpimurto useille timantteihin liittyville teknologioille. Mutta myös laajemmassa mielessä se olisi kiehtova osoitus siitä, kuinka voit hallita yhtä atomia paljon suuremmassa rakenteessa”, Yang sanoo.
Lue lisää
"James Webb" otti historian selkeimmän kuvan tähdestä
Moskovan radiologien AI-kehityksestä tuli liittovaltion standardien perusta
Kvanttilataus mahdollistaa sähköajoneuvojen ennätysten nopean latauksen