Les plus petits diamants, mesurant seulement quelques nanomètres de large, sont largement utilisés dans les capteurs et
Les scientifiques rapportent une méthode de culturenanodiamants ultra-homogènes sans utilisation d'explosifs. Le deuxième avantage de la nouvelle méthode est l'ajout de défauts monoatomiques utiles à des diamants autrement idéaux.
"Il est surprenant que bien que le diamant soit chimiquement assezsimple - c'est un élément, le carbone - il est extrêmement difficile de fabriquer ce matériau à l'échelle du nanomètre », explique Hao Yang, chercheur principal du projet.
Le carbone devient diamant lorsque les atomes de celes éléments s'alignent dans un motif cubique tridimensionnel rigide dans des conditions de haute pression et de haute température. Les chercheurs ont déjà créé des nanodiamants en laboratoire en faisant exploser un explosif tel que le trinitrotoluène dans un récipient en acier inoxydable scellé. L'explosion transforme le carbone du matériau explosif en minuscules particules de diamant. Cependant, cette méthode est difficile à contrôler, expliquent les chercheurs. De plus, les cristaux résultants ne sont pas de taille uniforme, ce qui nécessite des étapes supplémentaires pour les trier.
Pour développer une méthode plus précise de production de nanodiamants, les scientifiques ont étudié la « chimie » utilisée par la nature.
"Nous avons réalisé que les endroits où les diamants se forment dans le manteau terrestre contiennent beaucoup de fer et de composés fer-carbone, notamment des carbures et des carbonates", explique Yang.
Et lorsque le carbure de fer réagit avec l'oxyde de fer entre la croûte et le manteau supérieur, les diamants se développent.
Forts de ces connaissances, les scientifiques ont développéun processus chimique pour simuler l'environnement lithosphérique trouvé sous la surface de la Terre. Pour ce faire, ils ont créé des nanoparticules de carbure de fer de taille uniforme comme source de carbone pour les diamants. Les particules ont ensuite été placées dans un environnement à haute pression et à haute température similaire aux conditions des endroits où se forment les diamants naturels. Les composés ont réagi, donnant lieu à des nanodiamants très homogènes.
La nouvelle méthode vous permet de créer des cristaux d'une largeurseulement 2 nm avec des différences entre eux inférieures à un nanomètre. Auparavant, de tels résultats n'avaient pas été obtenus. Les scientifiques affirment qu'il s'agit d'un ordre de grandeur supérieur à ce que quiconque peut faire sans étapes supplémentaires de traitement post-synthétique ou de purification.
Création de nanodiamants homogènes et parfaits -C'est une bonne chose en soi, disent les chercheurs, mais ces matériaux peuvent être encore plus utiles lorsqu'ils présentent des défauts, tels que des espaces vides dans la structure du diamant. Ces vides peuvent être remplacés par des atomes de carbone, d'azote, de silicium, de nickel ou un autre élément. Les atomes non carbonés intégrés colorent légèrement le matériau et sont appelés « centres de couleur ».
Traditionnellement pour le bombardement au diamant etL'intégration de ces éléments dans la structure cristalline utilise un faisceau d'atomes à haute énergie tels que l'azote ou le silicium. Cependant, cette méthode ne peut pas contrôler le nombre de centres de couleur ajoutés à un seul diamant, ce qui nécessite des étapes de post-traitement pour produire des cristaux avec un défaut d'un atome. Les scientifiques pensent qu'avec la nouvelle méthode, ils pourraient développer un moyen de remplacer un seul des milliers de carbones présents dans un nanodiamant. Les nanoparticules avec un seul centre de couleur sont hautement souhaitables car elles peuvent stocker en toute sécurité des informations dans des ordinateurs quantiques et des appareils de télécommunications.
"Nous avons maintenant la plate-forme idéale pourdéveloppement d'un procédé de fabrication d'un nanodiamant central unicolore, qui constitue une percée pour un certain nombre de technologies liées au diamant. Mais aussi, dans un sens plus large, ce serait une démonstration fascinante de la façon dont vous pouvez contrôler un atome dans une structure beaucoup plus grande », dit Yang.
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