Ученые смогли создать алмазы за 2,5 часа

25.04.2024, 11:03 meta.ua

В природе для формирования алмазов необходимо чрезвычайное давление на протяжении миллиардов лет. Синтетические драгоценные камни можно создать гораздо быстрее, но все равно понадобится несколько недель интенсивного сжатия. Однако появился новый метод, основанный на смеси жидких металлов, позволяющий создать искусственный бриллиант в считанные минуты без необходимости гигантского сжатия.

Детали

Хотя высокие температуры все еще требовались (в районе 1025 °C), непрерывная алмазная пленка образовалась за 150 минут и при давлении 1 атм (такое же давление, которое мы ощущаем на уровне моря). Это в десятки тысяч раз меньшее давление, чем то, при котором алмазы формируются в природе.

Команда, разработавшая инновационный подход, возглавляемая исследователями из Института фундаментальной науки в Южной Корее, уверена, что этот процесс можно расширить, чтобы значительно изменить производство синтетических алмазов.

Растворение углерода в жидком металле для производства алмаза не является чем-то новым. Компания General Electric полвека назад разработала процесс с использованием, например, расплавленного сульфида железа. Но эти процессы все еще требовали давления 5-6 гигапаскаллей и алмазного "зерна", к которому углерод мог бы зацепиться.

В новом исследовании ученые отмечают, что смогли снизить давление до обычного с помощью тщательно перемешанной смеси жидких металлов: галлия, железа, никеля и кремния. Специализированная вакуумная система была встроена в графитовый корпус для очень быстрого нагревания, а затем охлаждения металла во время воздействия на него смеси метана и водорода.

Эти условия заставляют атомы углерода из метана распространяться в расплавленный металл, действуя в качестве зародышей для алмазов. Всего через 15 минут небольшие фрагменты кристаллов алмаза вышли из жидкого металла прямо под поверхностью, тогда как два с половиной часа создали сплошную алмазную пленку.

Хотя концентрация углерода, формирующего кристаллы, уменьшилась на глубине всего в несколько сотен нанометров, исследователи ожидают, что процесс можно улучшить с помощью нескольких настроек. Ученые отметили:

Мы предполагаем, что простые модификации могут позволить выращивать алмаз на очень большой площади, используя большую поверхность или интерфейс путем настройки нагревательных элементов для достижения гораздо большей потенциальной области роста и путем распределения углерода в области роста алмаза новыми способами.

Эти модификации займут время, и исследования этого процесса по-прежнему находятся на очень ранних стадиях, но авторы нового исследования считают, что он имеет большой потенциал, и что другие жидкие металлы могут быть включены, чтобы получить аналогичные или даже лучшие результаты.

Процесс, используемый сейчас для создания большинства синтетических алмазов, используемых для различных промышленных процессов, электроники и даже квантовых компьютеров, занимает несколько дней и требует гораздо большего давления. Если эта новая техника реализует свой потенциал, изготовление бриллиантов станет гораздо быстрее и проще.

Ранее команда ученых под руководством инженеров Университета Брауна представила электронные чипы размером с кристалл соли. Исследование описывает новый подход к сети беспроводной связи, которая может передавать, получать и декодировать данные из тысяч крошечных микросхем.