I diamanti più piccoli, larghi solo pochi nanometri, sono ampiamente utilizzati nei sensori e nei sensori
Gli scienziati riferiscono il metodo di coltivazionenanodiamanti ultra-omogenei senza l'uso di esplosivi. Il secondo vantaggio del nuovo metodo è l'aggiunta di utili difetti monoatomici a diamanti altrimenti ideali.
“È sorprendente che sebbene il diamante sia chimicamente tranquillosemplice - è un elemento, il carbonio - è estremamente difficile fabbricare questo materiale su scala nanometrica", afferma Hao Yang, il ricercatore principale del progetto.
Il carbonio diventa diamante quando gli atomi di questogli elementi si allineano in uno schema cubico tridimensionale rigido in condizioni di alta pressione e alta temperatura. I ricercatori hanno precedentemente creato nanodiamanti in laboratorio facendo esplodere un esplosivo come il trinitrotoluene in un contenitore sigillato di acciaio inossidabile. L'esplosione trasforma il carbonio nel materiale esplosivo in minuscole particelle di diamante. Tuttavia, questo metodo è difficile da controllare, spiegano i ricercatori. Inoltre, i cristalli risultanti non sono di dimensioni uniformi, richiedendo passaggi aggiuntivi per ordinarli.
Per sviluppare un metodo più preciso per produrre nanodiamanti, gli scienziati hanno studiato la “chimica” utilizzata dalla natura.
"Ci siamo resi conto che i luoghi in cui si formano i diamanti nel mantello terrestre contengono molto ferro e composti ferro-carbonio, inclusi carburi e carbonati", afferma Yang.
E quando il carburo di ferro reagisce con l'ossido di ferro tra la crosta e il mantello superiore, i diamanti crescono.
Armati di questa conoscenza, gli scienziati si sono sviluppatiun processo chimico per simulare l'ambiente litosferico che si trova sotto la superficie terrestre. Per fare ciò, hanno creato nanoparticelle di carburo di ferro di dimensioni uniformi come fonte di carbonio per i diamanti. Le particelle sono state quindi collocate in un ambiente ad alta pressione e ad alta temperatura simile alle condizioni nei luoghi in cui si formano i diamanti naturali. I composti hanno reagito, producendo nanodiamanti molto omogenei.
Il nuovo metodo consente di creare cristalli con una larghezzasolo 2 nm con differenze tra loro inferiori a un nanometro. In precedenza, tali risultati non sono stati ottenuti. Gli scienziati affermano che questo è un ordine di grandezza migliore di quanto chiunque possa fare senza ulteriori fasi di elaborazione o purificazione post-sintetica.
Creazione di nanodiamanti omogenei e perfetti -Questo è di per sé una buona cosa, dicono i ricercatori, ma questi materiali possono essere ancora più utili quando presentano difetti, come spazi vuoti nella struttura del diamante. Questi vuoti possono essere sostituiti con atomi di carbonio, azoto, silicio, nichel o un altro elemento. Gli atomi non di carbonio incorporati colorano leggermente il materiale e sono chiamati “centri di colore”.
Tradizionalmente per il bombardamento di diamanti eL'incorporamento di questi elementi nella struttura cristallina utilizza un fascio di atomi ad alta energia come azoto o silicio. Tuttavia, questo metodo non può controllare quanti centri colore vengono aggiunti a un singolo diamante, richiedendo fasi di post-elaborazione per produrre cristalli con un difetto di un atomo. Gli scienziati ritengono che con il nuovo metodo, potrebbero sviluppare un modo per sostituire solo uno delle migliaia di atomi di carbonio presenti in un nanodiamante. Le nanoparticelle con un solo centro colore sono altamente desiderabili in quanto possono archiviare in modo sicuro le informazioni nei computer quantistici e nei dispositivi di telecomunicazione.
“Ora abbiamo la piattaforma perfetta persviluppo di un metodo per la produzione di un nanodiamante centrale a colore singolo, che rappresenta una svolta per una serie di tecnologie relative ai diamanti. Ma anche, in un senso più ampio, sarebbe un'affascinante dimostrazione di come puoi controllare un atomo in una struttura molto più grande", afferma Yang.
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