Новый метод, основанный на смеси жидких металлов, позволяет получить искусственный алмаз всего за несколько минут, без необходимости огромного давления.
Хотя все еще потребовались высокие температуры, около 1025 градусов, непрерывная алмазная пленка образовалась за 150 минут при давлении в 1 атмосферу, эквивалентном давлению на уровне моря, что в десятки тысяч раз меньше, чем известное прежде необходимое давление.
Группа ученых, возглавляемая специалистами из института фундаментальных наук Южной Кореи, уверена, что данный процесс может быть масштабирован, что существенно изменит производство синтетических алмазов. Процесс растворения углерода в жидком металле для создания алмазов не является новым. Например, компания General Electric пятьдесят лет назад разработала подобный процесс, используя расплавленный сульфид железа.
Однако эти процессы по-прежнему требовали давление в 5−6 гигапаскалей и «семя» алмаза, на котором мог бы зафиксироваться углерод.
«Мы открыли метод выращивания алмазов при давлении в 1 атмосферу и при умеренной температуре с использованием жидкометаллического сплава», — пишут исследователи в своей публикации.
Уменьшение давления было достигнуто путем использования тщательно смешанной смеси жидких металлов: галлия, железа, никеля и кремния. Внутри графитового корпуса была установлена специально разработанная вакуумная система, позволяющая быстро нагревать и охлаждать металл, подвергая его действию смесь метана и водорода.
Эти условия позволяют атомам углерода из метана распространяться в расплавленный металл, действуя как зародыши для алмазов. Всего за 15 минут маленькие кристаллические фрагменты алмаза вышли из жидкого металла на поверхность, а за два с половиной часа сформировалась сплошная алмазная пленка. Хотя концентрация углерода, образующего кристаллы, снизилась на глубине всего нескольких сотен нанометров, исследователи ожидают, что процесс можно улучшить с помощью нескольких изменений.
«Мы считаем, что простые модификации могут позволить выращивать алмазы на очень больших участках, используя большую поверхность, регулируя нагревательные элементы для расширения потенциальной области роста и распределяя углерод в области роста алмазов различными новыми способами», — отмечают исследователи.
Эти модификации требуют времени, и исследования данного процесса все еще находятся на ранних стадиях, но авторы нового исследования считают, что у него огромный потенциал — и что можно использовать другие жидкие металлы, чтобы достичь аналогичных либо даже лучших результатов.
Подход, который в настоящее время используется для производства большинства синтетических алмазов — востребованных для широкого спектра промышленных процессов, электроники и даже квантовых компьютеров, занимает несколько дней и требует гораздо большего давления. Если новая технология реализует свой потенциал, процесс получения бриллиантов будет намного быстрее и эффективнее.
«Общий подход с использованием жидких металлов может ускорить рост алмазов на различных поверхностях и, возможно, упростить рост алмаза на небольших алмазных частицах», — заключают исследователи.
Интересно, что в Азии совсем недавно был проведен еще один сенсационный эксперимент с получением алмазов: первый в мире выращенный из цветов алмаз оценили в 4 млн рублей!
