Вчені змогли створити алмази за 2,5 години

25.04.2024, 11:21 meta.ua

У природі для формування алмазів необхідний надзвичайний тиск впродовж мільярдів років. Синтетичне дорогоцінне каміння можна створити набагато швидше, але все одно знадобиться кілька тижнів інтенсивного стиснення. Проте з'явився новий метод, заснований на суміші рідких металів, який дозволяє створити штучний діамант за лічені хвилини без необхідності гігантського стискання.

Деталі

Хоча високі температури все ще були потрібні (в районі 1025 °C), безперервна алмазна плівка утворилася за 150 хвилин і при тиску 1 атм (такий же тиск, який ми відчуваємо на рівні моря). Це в десятки тисяч разів менший тиск, ніж той, за якого алмази формуються в природі.

Команда, яка розробила інноваційний підхід, очолювана дослідниками з Інституту фундаментальної науки в Південній Кореї, впевнена, що цей процес можна розширити, щоб значно змінити виробництво синтетичних алмазів.

Розчинення вуглецю в рідкому металі для виробництва алмазу не є чимось новим. Компанія General Electric півстоліття тому розробила процес із використанням, наприклад, розплавленого сульфіду заліза. Але ці процеси все ще вимагали тиску 5–6 гігапаскалів і алмазного "зерна", до якого вуглець міг би зачепитися.

У новому дослідженні вчені зазначають, що змогли знизити тиск до пересічного за допомогою ретельно перемішаної суміші рідких металів: галію, заліза, нікелю та кремнію. Спеціалізована вакуумна система була вбудована в графітовий корпус для дуже швидкого нагрівання, а потім охолодження металу під час дії на нього суміші метану та водню.

Ці умови змушують атоми вуглецю з метану поширюватися в розплавлений метал, діючи як зародки для алмазів. Всього через 15 хвилин невеликі фрагменти кристалів алмазу вийшли з рідкого металу прямо під поверхнею, тоді як дві з половиною години створили суцільну алмазну плівку.

Хоча концентрація вуглецю, що формує кристали, зменшилася на глибині всього в кілька сотень нанометрів, дослідники очікують, що процес можна покращити за допомогою кількох налаштувань. Вчені зазначили:

Ми припускаємо, що прості модифікації можуть дозволити вирощувати алмаз на дуже великій площі, використовуючи більшу поверхню або інтерфейс, шляхом налаштування нагрівальних елементів для досягнення набагато більшої потенційної області росту та шляхом розподілу вуглецю в області росту алмазу новими способами.

Ці модифікації займуть час, і дослідження цього процесу все ще перебувають на дуже ранніх стадіях, але автори нового дослідження вважають, що він має великий потенціал, і що інші рідкі метали можуть бути включені, щоб отримати аналогічні або навіть кращі результати.

Процес, який зараз використовується для створення більшості синтетичних алмазів, які використовуються для різноманітних промислових процесів, електроніки та навіть квантових комп’ютерів, займає кілька днів і потребує набагато більшого тиску. Якщо ця нова техніка реалізує свій потенціал, виготовлення діамантів стане набагато швидшим і простішим.

Раніше команда вчених під керівництвом інженерів Університету Брауна представила електронні чипи розміром із кристалик солі. Дослідження описує новий підхід до мережі бездротового зв’язку, яка може передавати, отримувати та декодувати дані з тисяч крихітних мікросхем.