Timantteja on vaikea valmistaa. Ne muodostuvat maan ylempään vaippaan, suunnilleen sata mailia pinnan alapuolelle, kallon murskauspaineiden ja kivien sulamislämpötilojen alaisina. Näiden olosuhteiden toistaminen laboratoriossa on tulossa yleiseksi, mutta sen tekemiseen tarvittavat välineet ovat kalliita ja prosessi voi kestää päiviä tai viikkoja.
Asiaan liittyvä sisältö
- Meiltä puuttuu vähintään 145 hiiltä sisältäviä mineraaleja, ja voit auttaa niitä löytämään
- Muinaiset timantit tulivat merivedestä ja tulevat timantit saattavat tulla ilmasta
- Tämä afrikkalainen kasvi johtaa tietä timanttitalletuksiin
Nyt, vuosikymmenien mittaisen testauksen jälkeen, Pohjois-Carolinan osavaltion yliopistosta löytynyt tiimi on löytänyt nopean tavan valmistaa timantteja, jotka voidaan tehdä puristamatta hiiltä äärimmäisen paineen alla tai kuumentamalla sitä tavanomaisella leipomalla.
"Hiilen muuntaminen timantiksi on ollut pisin tavoite tutkijoille kaikkialla maailmassa ympäri maailmaa", sanoo Jagdish Narayan, tällä viikolla Journal of Applied Physics -julkaisussa julkaistujen lehtien pääkirjailija.
Hämmästyttävää, että timanttien muotoilun aikana Narayan ja hänen tiiminsä löysivät myös uuden hiilen vaiheen, nimeltään Q-hiili. Tämä outo materiaali on jopa timanttia tiukempi, magneettinen ja antaa hehkua. Sen lisäksi, että Q-hiili on tärkeä tehtävä nopeampien ja halvempien timanttien valmistuksessa, se voi löytää käyttötarkoituksia elektronisissa näytöissä ja auttaa ymmärtämään muiden planeettojen magneettisuutta.
Hiilen vaihtaminen timantiksi vaatii valtavan määrän energiaa, minkä vuoksi niiden aikaisemmin ajateltiin muodostuvan vain korkeissa paineissa ja lämpötiloissa, selittää geofysiikko Rebecca Fischer, Smithsonianin kansallisen luonnontieteellisen museon tutkijatohtori, joka ei ollut mukana tutkimuksessa .
Mutta Narayanin mukaan kaikki on vauhdissa. "Nopean prosessin avulla voimme olennaisesti huijata Äiti Luonto", hän sanoo.
Normaalissa huonepaineessa joukkue altisti amorfiselle hiilelle, jolla ei ole mitään kiderakennetta, erittäin lyhyille laserpulsseille. Tämä lämmitti hiilen noin 6 740 Fahrenheit-asteeseen - vertailun vuoksi auringon pinta on noin 10 000 Fahrenheit-astetta.
Sitten sulan hiilen lämmitin jäähdytettiin nopeasti tai sammutettiin kovan uuden Q-hiilen muodostamiseksi.
Muilla hiilen versioilla on huomattavasti erilaisia ominaisuuksia - kuten pehmeä, läpinäkymätön grafiitti verrattuna koviin, kimalteleviin timanteihin - ja Q-hiili ei ole poikkeus. Esimerkiksi hiilen sulatessa atomien väliset sidokset lyhenevät eikä heillä ole aikaa jatkaa uudelleen, kun materiaali yhtäkkiä jäähtyy. Tämä tekee lopputuotteesta tiheämmän ja vaikeamman kuin timantti.
Vielä mielenkiintoisempaa on, että Q-hiili on magneettista huoneenlämpötilassa - yksi harvoista koskaan tuotetut magneettiset hiilimateriaalit. Ja materiaalin erityisen atomijärjestelyn takia se emittoi pieniä määriä valoa. Nämä ominaisuudet voivat tehdä Q-hiilestä erittäin arvokkaan tulevissa sähköisissä sovelluksissa.
Sen välitöntä käyttöä on kuitenkin auttaa timanttien luomisessa. Muuttamalla hiukan sulan hiilen jäähtymisnopeutta, tutkijat voivat käyttää sitä kasvattamaan timanttikiteitä joukossa muotoja, kuten nanoneuloja, mikroneuloja, nanopisteitä ja kalvoja, selittää Narayan.
Lähikuva, joka näyttää uudella tekniikalla valmistettuja mikrotimantteja. (Soveltavan fysiikan lehti) Prosessi on edullinen osittain siksi, että siinä käytetään laseria, joka on jo suosittu silmälaserleikkauksissa. Lisäksi menetelmä kasvattaa timantteja nanosekunnissa.
"Voimme tehdä karaatin noin 15 minuutissa", sanoo Narayan.
Narayanin mukaan timantit ovat tällä hetkellä pieniä - suurin on noin 70 mikronia leveä tai suunnilleen hiuksen leveys. Mutta hän on varma, että prosessia voidaan skaalata. Tässä vaiheessa pääraja gem-koolle on laser, hän sanoo, ja leveämpi säde voisi tehdä isompia timantteja.
Mutta sen sijaan, että tuotettaisiin iso helmi, menetelmä on luultavasti lupaavin pienimpien kipinöimien massatuotannolle, sanoo Fischer.
Pienet timantit ovat hyödyllisiä monilla aloilla, mukaan lukien elektroniikka, lääketiede ja hioma-aineet, selittää fyysikko Keal Byrne, myös tutkijatohtori luonnonhistoriallisessa museossa. "On hienoa saada uusi tapa luoda [timantteja] - erityisesti sellainen, joka välttää paljon vanhojen menetelmien infrastruktuuria", Byrne sanoo.
Ryhmä on nyt keskittynyt ymmärtämään Q-hiilen kiehtovia ominaisuuksia, jopa ehdottaa, että se voisi auttaa selittämään muiden planeettojen magneettikentät, joilla ei näytä olevan aktiivisia dynosioita.
Mutta on vielä paljon opittavaa, ennen kuin voimme alkaa kokeilla sellaisia teorioita, Byrne sanoo: ”Se on todella mielenkiintoinen löytö. [Mutta] mitä siitä tulee - nyt se on mielenkiintoinen osa. "
