De kleinste diamanten, slechts enkele nanometers breed, worden veel gebruikt in sensoren en
Wetenschappers rapporteren teeltmethodeultra-homogene nanodiamanten zonder het gebruik van explosieven. Het tweede voordeel van de nieuwe methode is de toevoeging van bruikbare monatomaire defecten aan anders ideale diamanten.
“Het is verrassend dat, hoewel diamant chemisch vrij is,eenvoudig - het is één element, koolstof - het is buitengewoon moeilijk om dit materiaal op nanometerschaal te fabriceren", zegt Hao Yang, de hoofdonderzoeker van het project.
Koolstof wordt diamant wanneer de atomen hiervanelementen staan opgesteld in een star driedimensionaal kubisch patroon onder omstandigheden van hoge druk en hoge temperatuur. Onderzoekers hebben eerder nanodiamanten in het laboratorium gemaakt door een explosief zoals trinitrotolueen tot ontploffing te brengen in een verzegelde roestvrijstalen container. De explosie verandert de koolstof in het explosieve materiaal in kleine diamantdeeltjes. Deze methode is echter moeilijk te controleren, leggen de onderzoekers uit. Bovendien zijn de resulterende kristallen niet uniform van grootte, waardoor extra stappen nodig zijn om ze te sorteren.
Om een preciezere methode te ontwikkelen voor de productie van nanodiamanten, hebben wetenschappers de ‘chemie’ bestudeerd die de natuur gebruikt.
“We realiseerden ons dat de plaatsen waar diamanten in de aardmantel worden gevormd veel ijzer en ijzer-koolstofverbindingen bevatten, waaronder carbiden en carbonaten”, zegt Yang.
En wanneer ijzercarbide reageert met ijzeroxide tussen de korst en de bovenmantel, groeien diamanten.
Gewapend met deze kennis ontwikkelden wetenschappers zicheen chemisch proces om de lithosferische omgeving onder het aardoppervlak te simuleren. Om dit te doen, creëerden ze ijzercarbide-nanodeeltjes van uniforme grootte als koolstofbron voor diamanten. De deeltjes werden vervolgens in een omgeving met hoge druk en hoge temperatuur geplaatst, vergelijkbaar met de omstandigheden op de plaatsen waar natuurlijke diamanten ontstaan. De verbindingen reageerden, wat resulteerde in zeer homogene nanodiamanten.
Met de nieuwe methode kun je kristallen maken met een breedteslechts 2 nm met onderlinge verschillen van minder dan een nanometer. Eerder werden dergelijke resultaten niet verkregen. De wetenschappers beweren dat dit een orde van grootte beter is dan iemand kan doen zonder extra post-synthetische verwerkings- of zuiveringsstappen.
Creatie van homogene, perfecte nanodiamanten -Dat is op zichzelf een goede zaak, zeggen de onderzoekers, maar deze materialen kunnen nog nuttiger zijn als ze gebreken vertonen, zoals lege ruimtes in de structuur van de diamant. Deze holtes kunnen worden vervangen door atomen van koolstof, stikstof, silicium, nikkel of een ander element. De ingebedde niet-koolstofatomen kleuren het materiaal enigszins en worden ‘kleurcentra’ genoemd.
Traditioneel voor diamantbombardement enHet inbedden van deze elementen in de kristalstructuur maakt gebruik van een hoogenergetische bundel van atomen zoals stikstof of silicium. Deze methode kan echter niet bepalen hoeveel kleurcentra aan een enkele diamant worden toegevoegd, waardoor nabewerkingsstappen nodig zijn om kristallen met een defect van één atoom te produceren. De wetenschappers denken dat ze met de nieuwe methode een manier kunnen ontwikkelen om slechts één van de duizenden koolstofatomen in een nanodiamant te vervangen. Nanodeeltjes met slechts één kleurcentrum zijn zeer wenselijk omdat ze informatie veilig kunnen opslaan in kwantumcomputers en telecommunicatieapparatuur.
“Nu hebben we het perfecte platform voorontwikkeling van een methode voor het vervaardigen van een centrale nanodiamant in één kleur, wat een doorbraak betekent voor een aantal technologieën die verband houden met diamant. Maar ook, in bredere zin, zou het een fascinerende demonstratie zijn van hoe je één atoom in een veel grotere structuur kunt besturen', zegt Yang.
Lees verder
"James Webb" nam de duidelijkste foto van een ster in de geschiedenis
Ontwikkelingen van radiologen in Moskou op het gebied van AI werden de basis van federale normen
Quantum-opladen maakt recordbrekend snel opladen van elektrische voertuigen mogelijk