היהלומים הקטנים ביותר, ברוחב של כמה ננומטרים בלבד, נמצאים בשימוש נרחב בחיישנים ו
מדענים מדווחים על שיטת טיפוחננו-יהלומים הומוגניים במיוחד ללא שימוש בחומרי נפץ. היתרון השני של השיטה החדשה הוא הוספת פגמים מונוטומיים שימושיים ליהלומים אידיאליים אחרת.
"זה מפתיע שלמרות שהיהלום הוא די כימיפשוט - זה אלמנט אחד, פחמן - קשה מאוד לייצר את החומר הזה בקנה מידה ננומטרי", אומר האו יאנג, החוקר הראשי של הפרויקט.
פחמן הופך ליהלום כאשר האטומים של זהאלמנטים מסתדרים בתבנית קובית תלת מימדית קשיחה בתנאים של לחץ גבוה וטמפרטורה גבוהה. חוקרים יצרו בעבר ננו-יהלומים במעבדה על ידי פיצוץ חומר נפץ כמו טריניטרוטולואן במיכל נירוסטה אטום. הפיצוץ הופך את הפחמן בחומר הנפץ לחלקיקי יהלום זעירים. עם זאת, קשה לשלוט בשיטה זו, מסבירים החוקרים. בנוסף, הגבישים המתקבלים אינם אחידים בגודלם, ודורשים שלבים נוספים כדי למיין אותם.
כדי לפתח שיטה מדויקת יותר לייצור ננו-יהלומים, מדענים חקרו את ה"כימיה" שהטבע משתמש בה.
"הבנו שהמקומות שבהם נוצרים יהלומים במעטפת כדור הארץ מכילים הרבה ברזל ותרכובות ברזל-פחמן, כולל קרבידים וקרבונטים", אומר יאנג.
וכאשר ברזל קרביד מגיב עם תחמוצת ברזל בין הקרום למעטפת העליונה, יהלומים גדלים.
חמושים בידע זה התפתחו מדעניםתהליך כימי לדמות הסביבה הליטוספרית שנמצאת מתחת לפני כדור הארץ. לשם כך, הם יצרו ננו-חלקיקי ברזל קרביד בגודל אחיד כמקור פחמן ליהלומים. לאחר מכן הונחו החלקיקים בסביבה בלחץ גבוה ובטמפרטורה גבוהה בדומה לתנאים במקומות שבהם נוצרים יהלומים טבעיים. התרכובות הגיבו, וכתוצאה מכך נוצרו ננו-יהלומים הומוגניים מאוד.
השיטה החדשה מאפשרת ליצור קריסטלים עם רוחברק 2 ננומטר עם הבדלים ביניהם פחות מננומטר. בעבר לא הושגו תוצאות כאלה. המדענים טוענים כי מדובר בסדר גודל טוב יותר ממה שכל אחד יכול לעשות ללא שלבי עיבוד או טיהור פוסט-סינטטי נוספים.
יצירת ננו-יהלומים הומוגניים ומושלמים -זה דבר טוב כשלעצמו, אומרים החוקרים, אבל חומרים אלה יכולים להיות שימושיים אפילו יותר כאשר יש להם פגמים, כמו חללים ריקים במבנה היהלום. ניתן להחליף את החללים הללו באטומים של פחמן, חנקן, סיליקון, ניקל או יסוד אחר. האטומים הלא-פחמן המוטבעים צובעים מעט את החומר ונקראים "מרכזי צבע".
באופן מסורתי להפצצת יהלומים והטבעת אלמנטים אלה במבנה הגבישי משתמשת באלומת אטומים באנרגיה גבוהה כגון חנקן או סיליקון. עם זאת, שיטה זו אינה יכולה לשלוט בכמה מרכזי צבע מתווספים ליהלום בודד, מה שמצריך שלבי עיבוד לאחר כדי לייצר גבישים עם פגם של אטום אחד. המדענים מאמינים שבאמצעות השיטה החדשה הם יוכלו לפתח דרך להחליף רק אחד מאלפי הפחמנים הקיימים בננו-יהלום. ננו-חלקיקים עם מרכז צבע אחד בלבד הם רצויים מאוד מכיוון שהם יכולים לאחסן מידע בצורה מאובטחת במחשבים קוונטיים והתקני טלקומוניקציה.
"עכשיו יש לנו את הפלטפורמה המושלמת עבורפיתוח שיטה לייצור ננו-יהלום מרכזי בצבע חד, המהווה פריצת דרך למספר טכנולוגיות הקשורות ליהלומים. אבל גם, במובן הרחב יותר, זו תהיה הדגמה מרתקת של איך אתה יכול לשלוט באטום אחד במבנה הרבה יותר גדול", אומר יאנג.
קרא עוד
"ג'יימס ווב" צילם את התמונה הברורה ביותר של כוכב בהיסטוריה
פיתוחים של רדיולוגים במוסקבה בנושא AI הפכו לבסיס של תקנים פדרליים
טעינה קוונטית תאפשר טעינה מהירה שוברת שיאים של רכבים חשמליים