Os menores diamantes, com apenas alguns nanômetros de largura, são amplamente utilizados em sensores e
Cientistas relatam método de cultivonanodiamantes ultra-homogêneos sem o uso de explosivos. A segunda vantagem do novo método é a adição de defeitos monoatômicos úteis a diamantes ideais.
“É surpreendente que, embora o diamante seja quimicamente bastantesimples - é um elemento, o carbono - é extremamente difícil fabricar este material na escala nanométrica", diz Hao Yang, principal investigador do projeto.
O carbono torna-se diamante quando os átomos desteelementos se alinham em um padrão cúbico tridimensional rígido sob condições de alta pressão e alta temperatura. Pesquisadores já criaram nanodiamantes em laboratório detonando um explosivo como o trinitrotolueno em um recipiente de aço inoxidável selado. A explosão transforma o carbono do material explosivo em minúsculas partículas de diamante. No entanto, esse método é difícil de controlar, explicam os pesquisadores. Além disso, os cristais resultantes não são uniformes em tamanho, exigindo etapas extras para classificá-los.
Para desenvolver um método mais preciso de produção de nanodiamantes, os cientistas estudaram a “química” que a natureza utiliza.
“Percebemos que os locais onde os diamantes se formam no manto terrestre contêm uma grande quantidade de ferro e compostos de ferro-carbono, incluindo carbonetos e carbonatos”, diz Yang.
E quando o carboneto de ferro reage com o óxido de ferro entre a crosta e o manto superior, os diamantes crescem.
Armados com esse conhecimento, os cientistas desenvolveramum processo químico para simular o ambiente litosférico encontrado abaixo da superfície da Terra. Para fazer isso, eles criaram nanopartículas de carboneto de ferro de tamanho uniforme como fonte de carbono para diamantes. As partículas foram então colocadas em um ambiente de alta pressão e alta temperatura semelhante às condições dos locais onde os diamantes naturais se formam. Os compostos reagiram, resultando em nanodiamantes muito homogêneos.
O novo método permite criar cristais com larguraapenas 2 nm com diferenças entre eles inferiores a um nanômetro. Anteriormente, tais resultados não foram obtidos. Os cientistas afirmam que esta é uma ordem de magnitude melhor do que qualquer um pode fazer sem processamento pós-sintético adicional ou etapas de purificação.
Criação de nanodiamantes homogêneos e perfeitos -Isso é bom por si só, dizem os pesquisadores, mas esses materiais podem ser ainda mais úteis quando apresentam defeitos, como espaços vazios na estrutura do diamante. Esses vazios podem ser substituídos por átomos de carbono, nitrogênio, silício, níquel ou outro elemento. Os átomos não-carbono incorporados colorem levemente o material e são chamados de “centros de cor”.
Tradicionalmente para bombardeio de diamantes eA incorporação desses elementos na estrutura cristalina usa um feixe de átomos de alta energia, como nitrogênio ou silício. No entanto, este método não pode controlar quantos centros de cores são adicionados a um único diamante, exigindo etapas de pós-processamento para produzir cristais com um defeito de um átomo. Os cientistas acreditam que, com o novo método, poderão desenvolver uma forma de substituir apenas um dos milhares de carbonos presentes em um nanodiamante. Nanopartículas com apenas um centro de cores são altamente desejáveis, pois podem armazenar informações com segurança em computadores quânticos e dispositivos de telecomunicações.
“Agora temos a plataforma perfeita paradesenvolvimento de um método para a fabricação de um nanodiamante central de cor única, que é um avanço para várias tecnologias relacionadas a diamantes. Mas também, em um sentido mais amplo, seria uma demonstração fascinante de como você pode controlar um átomo em uma estrutura muito maior”, diz Yang.
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