Najmniejsze diamenty, o szerokości zaledwie kilku nanometrów, są szeroko stosowane w czujnikach i
Naukowcy podają metodę uprawyultrajednorodne nanodiamenty bez użycia materiałów wybuchowych. Drugą zaletą nowej metody jest dodanie użytecznych defektów jednoatomowych do idealnych diamentów.
„Zaskakujące jest to, że chociaż diament jest chemicznie czystyproste — to jeden pierwiastek, węgiel — niezwykle trudno jest wytworzyć ten materiał w skali nanometrowej” — mówi Hao Yang, główny badacz projektu.
Węgiel staje się diamentem, gdy jego atomyelementy układają się w sztywny trójwymiarowy wzór sześcienny w warunkach wysokiego ciśnienia i wysokiej temperatury. Naukowcy stworzyli wcześniej w laboratorium nanodiamenty, detonując materiał wybuchowy, taki jak trinitrotoluen, w zamkniętym pojemniku ze stali nierdzewnej. Eksplozja zamienia węgiel w materiale wybuchowym w maleńkie cząsteczki diamentu. Jednak ta metoda jest trudna do kontrolowania - wyjaśniają naukowcy. Ponadto powstałe kryształy nie mają jednolitej wielkości, co wymaga dodatkowych etapów ich sortowania.
Aby opracować bardziej precyzyjną metodę produkcji nanodiamentów, naukowcy zbadali „chemię”, z której korzysta natura.
„Uświadomiliśmy sobie, że miejsca, w których w płaszczu Ziemi tworzą się diamenty, zawierają dużo żelaza i związków żelaza i węgla, w tym węglików i węglanów” – mówi Yang.
A kiedy węglik żelaza reaguje z tlenkiem żelaza między skorupą a górnym płaszczem, rosną diamenty.
Uzbrojeni w tę wiedzę naukowcy rozwinęli sięproces chemiczny symulujący środowisko litosferyczne występujące pod powierzchnią Ziemi. W tym celu stworzyli nanocząstki węglika żelaza o jednakowej wielkości jako źródło węgla dla diamentów. Cząsteczki umieszczono następnie w środowisku o wysokim ciśnieniu i temperaturze podobnym do warunków panujących w miejscach, w których tworzą się naturalne diamenty. Związki przeszły reakcję, w wyniku czego powstały bardzo jednorodne nanodiamenty.
Nowa metoda pozwala na tworzenie kryształów o szerokościtylko 2 nm z różnicami między nimi mniejszymi niż nanometr. Wcześniej takich wyników nie uzyskano. Naukowcy twierdzą, że jest to o rząd wielkości lepsze, niż ktokolwiek może zrobić bez dodatkowych etapów przetwarzania posyntetycznego lub oczyszczania.
Tworzenie jednorodnych, doskonałych nanodiamentów -Naukowcy twierdzą, że to samo w sobie jest dobre, ale materiały te mogą być jeszcze bardziej przydatne, gdy mają defekty, takie jak puste przestrzenie w strukturze diamentu. Pustki te można zastąpić atomami węgla, azotu, krzemu, niklu lub innego pierwiastka. Osadzone atomy inne niż węgiel lekko zabarwiają materiał i nazywane są „centrami koloru”.
Tradycyjnie do bombardowania diamentami iOsadzenie tych pierwiastków w strukturze krystalicznej wykorzystuje wysokoenergetyczną wiązkę atomów, takich jak azot czy krzem. Jednak ta metoda nie może kontrolować liczby centrów kolorów dodanych do pojedynczego diamentu, co wymaga etapów przetwarzania końcowego w celu wytworzenia kryształów z defektem jednego atomu. Naukowcy są przekonani, że dzięki nowej metodzie mogą opracować sposób na zastąpienie tylko jednego z tysięcy węgli obecnych w nanodiamencie. Nanocząstki z tylko jednym centrum kolorów są bardzo pożądane, ponieważ mogą bezpiecznie przechowywać informacje w komputerach kwantowych i urządzeniach telekomunikacyjnych.
„Teraz mamy idealną platformę dlaopracowanie metody wytwarzania jednokolorowego centralnego nanodiamentu, co jest przełomem dla szeregu technologii związanych z diamentami. Ale także, w szerszym sensie, byłaby to fascynująca demonstracja tego, jak można kontrolować jeden atom w znacznie większej strukturze” – mówi Yang.
Czytaj więcej
„James Webb” zrobił najczystsze zdjęcie gwiazdy w historii
Rozwój moskiewskich radiologów w zakresie sztucznej inteligencji stał się podstawą federalnych standardów
Ładowanie kwantowe pozwoli na rekordowo szybkie ładowanie pojazdów elektrycznych