Diamantele sunt greu de realizat. Se formează în mantaua superioară a Pământului, la aproximativ o sută de mile sub suprafață, sub presiuni de zdrobire a craniului și temperaturi de topire a rocilor. Deși replicarea acestor condiții în laborator devine ceva obișnuit, echipamentul pentru a face acest lucru este scump și procesul poate dura de la câteva săptămâni.
Continut Asemanator
- Ne lipsesc cel puțin 145 de minerale care poartă carbon și le puteți ajuta să le găsiți
- Diamantele antice proveneau din apa de mare și viitoarele diamante ar putea veni din aer
- Această plantă africană conduce calea către depozitele de diamante
Acum, după zeci de ani de testare, o echipă de la Universitatea de Stat din Carolina de Nord a descoperit o modalitate rapidă de a realiza diamante care pot fi realizate fără a stoarce carbon sub presiune extremă sau a-l încălzi cu coacere convențională.
„Transformarea carbonului în diamant a fost un obiectiv apreciat pentru oamenii de știință din întreaga lume pentru cel mai lung timp”, spune Jagdish Narayan, autorul principal al lucrării publicate săptămâna aceasta în Journal of Applied Physics .
Uimitor, în procesul de fabricare a diamantelor lor, Narayan și echipa sa au descoperit și o nouă fază de carbon, denumită Q-carbon. Acest material bizar este chiar mai dur decât diamantul, este magnetic și emite o strălucire moale. În afară de rolul său în realizarea de diamante mai rapide și mai ieftine, Q-carbon ar putea găsi utilizări pe afișele electronice și poate ajuta înțelegerea magnetismului de pe alte planete.
Schimbarea carbonului în diamant necesită o cantitate enormă de energie, motiv pentru care au fost crezute anterior să se formeze doar sub presiuni și temperaturi ridicate, explică geofizicista Rebecca Fischer, o colegă postdoctorală la Muzeul Național de Istorie Naturală din Smithsonian, care nu a fost implicată în cercetare .
Dar, potrivit lui Narayan, totul este în viteză. „Prin procesul rapid, putem înșela în mod esențial Mama Natură”, spune el.
Sub presiune obișnuită în cameră, echipa a expus carbon amorf, care nu are structură cristalină, la impulsuri laser extrem de scurte. Aceasta a încălzit carbonul până la aproximativ 6.740 de grade Fahrenheit - ca o comparație, suprafața soarelui este de aproximativ 10.000 de grade Fahrenheit.
Pudă de carbon topit a fost apoi răcită rapid sau stinsă, pentru a forma noul Q-carbon.
Alte versiuni de carbon prezintă proprietăți mult diferite - cum ar fi grafitul moale, opac față de diamantele dure, sclipitoare - și Q-carbonul nu face excepție. Când carbonul se topește, de exemplu, legăturile dintre atomi se scurtează și nu au timp să se lungească din nou, deoarece materialul se răcește brusc. Acest lucru face ca produsul finit să fie mai dens și mai greu decât diamantul.
Și mai interesant este faptul că carbonul Q este magnetic la temperaturile camerei - unul dintre puținele materiale magnetice din carbon. Și datorită dispunerii sale atomice specifice, materialul emite cantități mici de lumină. Aceste proprietăți ar putea face Q-carbon extrem de valoros pentru viitoarele aplicații electronice.
Folosirea sa mai imediată este însă crearea de diamante. Schimbând ușor ritmurile cu care se răcește carbonul topit, oamenii de știință îl pot folosi pentru a crește cristale de diamante într-o grămadă de forme, cum ar fi nanoneedle, microneedle, nanodoturi și filme, explică Narayan.
O imagine în prim plan care prezintă microdiamondele realizate folosind noua tehnică. (Journal of Applied Physics) Procesul este ieftin, în parte, deoarece folosește un laser care este deja popular pentru intervențiile chirurgicale cu ochi cu laser. În plus, metoda crește diamante într-o chestiune de nanosecunde.
„Putem face o karată în aproximativ 15 minute”, spune Narayan.
În prezent, diamantele sunt mici - cea mai mare are aproximativ 70 microni lățime sau aproximativ lățimea unui păr uman, potrivit Narayan. Dar este încrezător că procesul poate fi extins. El spune că, în acest moment, limita principală a mărimii bijuteriilor este laserul, iar fasciculul mai larg ar putea face diamante mai mari.
Dar mai degrabă decât pentru a produce o bijuterie mare, metoda este probabil cea mai promițătoare pentru producția în masă a scânteilor mai mici, spune Fischer.
Micile diamante sunt utile într-o varietate de domenii, inclusiv electronice, medicamente și abrazive, explică fizicianul Keal Byrne, de asemenea un coleg postdoctoral la muzeul de istorie naturală. „A avea o nouă modalitate de a crea [diamante] - în special una care evită o mulțime de infrastructură a metodelor vechi - este grozav”, spune Byrne.
Echipa este acum concentrată pe înțelegerea proprietăților intrigante ale carbonului Q, sugerând chiar că ar putea ajuta la explicarea câmpurilor magnetice ale altor planete care nu par să aibă dinamos activ.
Dar este mult mai mult de învățat înainte de a putea începe testarea acestor tipuri de teorii, Byrne spune: „Este o descoperire cu adevărat interesantă. [Dar] ce vine de la ea - acum aceasta este partea interesantă. "
