Ученые из Южной Кореи заинтересовали научное сообщество своим недавним прорывом в области синтеза алмазов. Исследователи разработали уникальный метод выращивания синтетических алмазов, который позволяет получить самые твердые камни всего за 15 минут при обычных условиях температуры и давления.
Новый подход к синтезу алмазов отличается от традиционных методов искусственного создания драгоценных камней. Команда ученых под руководством профессора Родни Руоффа из Института фундаментальных наук в Южной Корее представила метод, который не требует использования затравочных кристаллов и высоких давлений, что значительно упрощает процесс формирования алмазов. Их научные выводы были опубликованы в авторитетном журнале Nature.
По известной информации, природные алмазы образуются в недрах Земли на глубине десятков километров под огромным давлением с несколькими гигапаскалями и высокой температурой свыше 1500 °C. Существующие методы синтеза искусственных алмазов, применяемые на данный момент, основаны на использовании экстремальных параметров, таких как высокое давление и высокая температура в процессе превращения углерода в алмаз на основе маленького затравочного кристалла.
Однако поддержание таких условий является трудной задачей. Такой метод, известный как метод высокого давления и высокой температуры (HPHT), имеет свои ограничения, включая сложность поддержания высокого давления и температуры, ограничения по размеру полученных алмазов и длительное время синтеза — около двух недель для небольших камней.
Другой метод, химическое осаждение из газовой фазы, устраняет некоторые проблемы, такие как высокое давление, но требует использования затравочных кристаллов. В свою очередь, новый метод, разработанный учеными из Южной Кореи, позволяет избежать эти технические сложности, упрощая процесс синтеза алмазов и сокращая время выращивания синтетических камней до всего 15 минут.
Этот значительный шаг вперед в сфере материаловедения может иметь долгосрочное влияние на промышленность производства алмазов и других материалов с исключительными физическими свойствами.
Новейшая методика синтеза алмазов, разработанная командой Руоффа, отличается от существующих методов и предполагает использование нагретого галлия с добавлением кремния в графитовом тигле. Галлий был выбран из-за его способности катализировать образование графена из метана, что стало основой для нового способа производства алмазов.
Эксперименты проводились в специальной камере при нормальном атмосферном давлении, где через тигель пропускался экстремально нагретый метан с увеличенным содержанием углерода. После исследований было установлено, что смесь галлия, никеля, железа и кремния идеально подходит в качестве катализатора для роста алмазов.
Уже через 15 минут после начала процесса на дне тигля появились алмазные пленки, которые обладали высокой прозрачностью с небольшим количеством примесей кремния. Механизм образования алмазов в рамках этого метода требует дальнейших исследований, хотя предполагается, что температура способствует перемещению углерода к центру тигля, где он кристаллизуется, образуя алмазную структуру.
Однако новому методу присущи свои недостатки, включая малый размер получаемых алмазов, что делает их не пригодными для изготовления драгоценностей. Тем не менее, возможное использование таких алмазов в технических целях, например, для полировки или сверления, остается под вопросом.
Благодаря процессу синтеза при низком давлении, согласно словам Руоффа, можно значительно увеличить масштабирование производства алмазов. В ближайшие годы миру предстоит более глубоко изучить потенциальное коммерческое применение данного метода.