Légköri nyomáson állítottak elő szintetikus gyémántot

A szintetikus gyémántokat elsődlegesen ipari célokra, számtalan műszerben használják, de természetesen ékszert is készíthetnek belőlük, minden tulajdonságukban megegyeznek a valódi, a Föld mélyén keletkezett gyémánttal. Bár így is olcsóbbak a nem egyszer embertelen körülmények közepette bányászott természetes gyémántnál, azért az előállításuk meglehetősen körülményes.

Egy dél-koreai kutatócsoportnak nemrégiben sikerült olyan módszert kifejlesztenie, amelyben az óriási nyomás nélkül is létrehozhatók a gyémántkristályok. A kutatást a Science ismertette.

Az így létrehozott kristályok egyelőre csupán akkorák, mint egy vírus (kb. 100 nanométeresek), de a kutatók szerint a módszerük képes lehet ennél nagyobbakra is, és az olyan gyémántfilmek előállítására is, amelyre az elektronikai vagy az optikai műszerekben van szükség.

A gyémánt rendkívül kemény, ellenáll a sugárzásnak, ám kiváló elektromos- és hővezető is. Igen nagy szükség van gyémántra a kvantumszámítógépekben, lézerekben, mágneses érzékelőkben, sugárzásdetektorokban, illetve a nagyenergiás elektromos berendezésekben.

A Föld mélyén több száz kilométerrel a felszín alatt, gigantikus, 5-6 gigapascal nyomáson és igen magas, 900-1400 Celsius-fokos hőmérsékleten alakul ki, ezeket a körülményeket tudták leutánozni a ma már működő szintetikus gyémánt előállítók. Ehhez mintegy 1600 Celsius-fokos hőmérséklet, és a légköri nyomás közel 60 ezerszerese szükséges, ez teszi igazán költségessé az előállítást.

2017-ben egy japán kutatócsoport grafénfilmet állított elő olvadt galliumban feloldott metán széntartalmából (a gallium egy langyos nyári délutánon már megolvad, mindössze 29 Celsius-fok szükséges ehhez). Ebből kaptak ötletet a koreai kutatók, abban bízva, hogy ha a grafént, ami szintén egy speciális kristályszerkezetű szén, sikerült így létrehozni, akkor a körülmények szabályozása révén gyémántot is lehet.

Számos kísérletet végeztek, mígnem szinte a véletlennek köszönhetően derült ki, mi is szükséges ahhoz, hogy kialakulhasson a gyémánt. Ebből fejlesztették aztán ki a sikeres módszert, amelyben 1025 Celsius-fokon, ám légköri nyomáson hozták létre a nanokristályokat a folyékony gallium, vas, nikkel és szilícium keverékében, metán, valamint hidrogéngáz hozzáadásával. Ha nem volt jelen a szilícium, valamiért nem működött a folyamat, de egyelőre nem világos, mi módon kényszeríti a szénatomokat a szilícium a speciális felépítésű kristályok kialakítására.

Egyelőre nem tudják a kutatók, hol vannak e módszer határai. Már sikerült olyan gyémántfilmet létrehozni, amelyben nanokristályok ezrei ültek egymás mellett. Bár ilyen filmet már készítettek viszonylag alacsony nyomáson, de ahhoz is méregdrága félvezetőkre volt szükség. A koreai kutatók abban bíznak, hogy egyetlen gyémántrétegből álló filmet tudnak majd kialakítani az új módszer segítségével.