幅わずか数ナノメートルの最小のダイヤモンドは、センサーやセンサーに広く使用されています。
科学者は栽培方法を報告します爆発物を使用しない超均質なナノダイヤモンド。新しい方法の2番目の利点は、他の点では理想的なダイヤモンドに有用な単原子欠陥を追加できることです。
「ダイヤモンドが化学的にかなりであるにもかかわらず、驚くべきことです。単純な-それは1つの元素、炭素-ナノメートルスケールでこの材料を製造することは非常に困難です」とプロジェクトの主任研究者であるハオヤンは言います。
この原子がダイヤモンドになると炭素はダイヤモンドになります要素は、高圧および高温の条件下で、剛性のある3次元の立方体パターンで整列します。研究者は以前、密閉されたステンレス鋼の容器内でトリニトロトルエンなどの爆発物を爆発させることにより、実験室でナノダイヤモンドを作成しました。爆発により、爆発物の炭素が小さなダイヤモンド粒子に変わります。しかし、この方法を制御するのは難しいと研究者らは説明しています。さらに、得られた結晶はサイズが均一ではなく、それらを分類するために追加のステップが必要です。
ナノダイヤモンドを製造するより正確な方法を開発するために、科学者たちは自然が使用する「化学」を研究しました。
「地球のマントル内でダイヤモンドが形成される場所には、炭化物や炭酸塩を含む鉄や鉄と炭素の化合物が多く含まれていることが分かりました」とヤン氏は言う。
そして、炭化鉄が地殻と上部マントルの間の酸化鉄と反応すると、ダイヤモンドが成長します。
この知識を武器に、科学者たちは開発した地球の表面の下にあるリソスフェア環境をシミュレートするための化学プロセス。これを行うために、彼らはダイヤモンドの炭素源として均一なサイズの炭化鉄ナノ粒子を作成しました。次に、その粒子を、天然ダイヤモンドが形成される場所と同様の高圧高温環境に置きました。化合物が反応し、非常に均質なナノダイヤモンドが生成されました。
新しい方法では、幅のある結晶を作成できますわずか2nmで、それらの差は1ナノメートル未満です。以前は、そのような結果は得られていませんでした。科学者たちは、これは追加の合成後処理または精製ステップなしで誰もができるよりも桁違いに優れていると主張しています。
均質で完璧なナノダイヤモンドの生成 -研究者らによれば、それ自体は良いことだが、これらの材料には、ダイヤモンドの構造に空きスペースがあるなどの欠陥がある場合には、さらに有用になる可能性があるという。これらの空隙は、炭素、窒素、シリコン、ニッケル、または別の元素の原子で置き換えることができます。埋め込まれた非炭素原子は材料をわずかに着色し、「カラーセンター」と呼ばれます。
伝統的にダイヤモンド衝撃とこれらの元素を結晶構造に埋め込むには、窒素やシリコンなどの高エネルギーの原子ビームを使用します。ただし、この方法では、1つのダイヤモンドに追加される色中心の数を制御できないため、1原子の欠陥を持つ結晶を生成するために後処理ステップが必要になります。科学者たちは、新しい方法で、ナノダイヤモンドに存在する数千の炭素のうちの1つだけを置き換える方法を開発できると信じています。カラーセンターが1つしかないナノ粒子は、量子コンピューターや通信機器に情報を安全に保存できるため、非常に望ましいものです。
「これで、次のような完璧なプラットフォームができました。単色の中央ナノダイヤモンドを製造する方法の開発。これは、ダイヤモンドに関連する多くの技術のブレークスルーです。しかしまた、広い意味では、はるかに大きな構造で1つの原子を制御する方法の魅力的なデモンストレーションになるでしょう」とYang氏は言います。
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