Найменші діаманти, шириною всього кілька нанометрів широко використовуються в датчиках і
Вчені повідомляють про метод вирощуванняультра-однорідних наноалмазів без використання вибухових речовин. Друга перевага нового методу - додавання корисних одноатомних дефектів ідеальні в іншому алмази.
«Дивно, що хоча алмаз хімічно доситьпростий – це один елемент, вуглець, – виготовити цей матеріал у нанометровому масштабі надзвичайно складно», – каже Хао Ян, головний дослідник проекту.
Вуглець стає алмазом, коли атоми цьогоелементи вишиковуються в жорсткий тривимірний кубічний візерунок в умовах високого тиску та високої температури. Дослідники раніше створювали наноалмази в лабораторії шляхом детонації вибухової речовини, такої як тринітротолуол, у герметичному контейнері з нержавіючої сталі. Вибух перетворює вуглець у вибуховому матеріалі на крихітні алмазні частки. Проте, цей метод важко контролювати, пояснюють дослідники. На додаток кристали, що утворюються, не рівномірні за розміром, що вимагає додаткових кроків для їх сортування.
Щоб розробити більш точний спосіб отримання наноалмазів, вчені вивчили хімію, яку використовує природа.
«Ми зрозуміли, що місця, де у мантії Землі утворюються алмази, містять багато заліза та сполук заліза з вуглецем, включаючи карбіди та карбонати», — каже Ян.
І коли карбід заліза вступає у реакцію з оксидом заліза між корою та верхньою мантією, ростуть алмази.
Озброївшись цими знаннями, вчені розробилихімічний процес для імітації літосферного середовища під поверхнею Землі. Для цього вони створили наночастинки карбіду заліза однакового розміру як джерело вуглецю для алмазів. Після чого частинки помістили в середу з високим тиском та високою температурою, аналогічну умовам у місцях, де утворюються природні алмази. З'єднання вступили в реакцію, і в результаті вийшло дуже однорідне наноалмази.
Новий метод дозволяє створювати кристали завширшкивсього 2 нм з розходженнями між ними менше нанометра. Раніше таких результатів не отримували. Вчені стверджують, що це на порядок краще, ніж будь-хто може зробити без додаткової постсинтетичної обробки чи етапів очищення.
Створення однорідних, досконалих наноалмазівце само по собі добре, вважають дослідники, але ці матеріали можуть бути ще кориснішими, коли у них є дефекти, такі як порожні місця у структурі алмазу. Ці порожнечі можна замінити атомами вуглецю, азоту, кремнієм, нікелем чи іншим елементом. Невуглецеві атоми, що вбудовуються, злегка забарвлюють матеріал, їх називають «колірними центрами».
Традиційно для бомбардування алмазу таВбудовування цих елементів у структуру кристала використовується високоенергетичний пучок атомів, таких як азот або кремній. Однак цей метод не може контролювати, скільки колірних центрів додається до одного алмазу, що вимагає етапів подальшої обробки для отримання кристалів з дефектом один атом. Вчені вважають, що за допомогою нового методу, вони могли б розробити спосіб замінити лише один вуглець із тисяч, присутніх у наноалмазі. Наночастинки лише з одним колірним центром дуже бажані, оскільки вони можуть надійно зберігати інформацію у квантових комп'ютерах та телекомунікаційних пристроях.
«Тепер у нас є ідеальна платформа длярозробки способу виготовлення одноколірного центрального наноалмазу, що є проривом для низки технологій, пов'язаних із алмазами. Але також, у ширшому розумінні, це була б цікава демонстрація того, як ви можете керувати одним атомом у більшій структурі», — каже Ян.
Читати далі
"Джеймс Вебб" зробив найчіткішу фотографію зірки в історії
Розробки московських радіологів з ІІ увійшли в основу федеральних стандартів
Квантова зарядка дозволить рекордно швидко заряджати електромобілі