De minste diamantene, bare noen få nanometer brede, er mye brukt i sensorer og
Forskere rapporterer dyrkingsmetodeultrahomogene nanodiamanter uten bruk av eksplosiver. Den andre fordelen med den nye metoden er tillegget av nyttige monoatomiske defekter til ellers ideelle diamanter.
"Det er overraskende at selv om diamant er kjemisk ganskeenkelt - det er ett element, karbon - det er ekstremt vanskelig å fremstille dette materialet på nanometerskala," sier Hao Yang, prosjektets hovedetterforsker.
Karbon blir diamant når atomene i denneelementer stiller opp i et stivt tredimensjonalt kubisk mønster under forhold med høyt trykk og høy temperatur. Forskere har tidligere laget nanodiamanter i laboratoriet ved å detonere et eksplosiv som trinitrotoluen i en forseglet beholder av rustfritt stål. Eksplosjonen gjør karbonet i det eksplosive materialet til bittesmå diamantpartikler. Denne metoden er imidlertid vanskelig å kontrollere, forklarer forskerne. I tillegg er de resulterende krystallene ikke ensartede i størrelse, noe som krever ytterligere trinn for å sortere dem.
For å utvikle en mer presis metode for å produsere nanodiamanter, studerte forskere "kjemien" som naturen bruker.
"Vi innså at stedene der diamanter dannes i jordens mantel inneholder mye jern og jern-karbonforbindelser, inkludert karbider og karbonater," sier Yang.
Og når jernkarbid reagerer med jernoksid mellom skorpen og den øvre mantelen, vokser diamanter.
Bevæpnet med denne kunnskapen utviklet forskere segen kjemisk prosess for å simulere det litosfæriske miljøet som finnes under jordens overflate. For å gjøre dette skapte de ensartede jernkarbidnanopartikler som en karbonkilde for diamanter. Partiklene ble deretter plassert i et høytrykks- og høytemperaturmiljø som ligner på forholdene på stedene der naturlige diamanter dannes. Forbindelsene reagerte, noe som resulterte i svært homogene nanodiamanter.
Den nye metoden lar deg lage krystaller med en breddebare 2 nm med forskjeller mellom dem mindre enn en nanometer. Tidligere har slike resultater ikke blitt oppnådd. Forskerne hevder at dette er en størrelsesorden bedre enn noen kan gjøre uten ytterligere postsyntetiske prosesserings- eller rensetrinn.
Skapelse av homogene, perfekte nanodiamanter -Det er en god ting i seg selv, sier forskerne, men disse materialene kan være enda mer nyttige når de har defekter, for eksempel tomme rom i diamantens struktur. Disse hulrommene kan erstattes med atomer av karbon, nitrogen, silisium, nikkel eller et annet grunnstoff. De innebygde ikke-karbonatomene farger materialet litt og kalles "fargesentre".
Tradisjonelt for diamantbombardement ogInnebygging av disse elementene i krystallstrukturen bruker en høyenergistråle av atomer som nitrogen eller silisium. Denne metoden kan imidlertid ikke kontrollere hvor mange fargesentre som legges til en enkelt diamant, og krever etterbehandlingstrinn for å produsere krystaller med en ettatoms defekt. Forskerne tror at med den nye metoden kan de utvikle en måte å erstatte bare ett av de tusenvis av karbonene som finnes i en nanodiamant. Nanopartikler med bare ett fargesenter er svært ønskelig ettersom de trygt kan lagre informasjon i kvantedatamaskiner og telekommunikasjonsenheter.
«Nå har vi den perfekte plattformen forutvikling av en metode for å produsere en ensfarget sentral nanodiamant, som er et gjennombrudd for en rekke teknologier relatert til diamanter. Men også, i bredere forstand, ville det være en fascinerende demonstrasjon av hvordan du kan kontrollere ett atom i en mye større struktur, sier Yang.
Les mer
«James Webb» tok historiens klareste bilde av en stjerne
Utviklingen av Moskva-radiologer på AI ble grunnlaget for føderale standarder
Kvantelading vil tillate rekordhurtiglading av elbiler