A principios de este año, El diamante amorfo se sintetizó por primera vez utilizando una técnica que involucra altas presiones, temperaturas moderadamente altas y una pequeña cantidad de carbono vítreo como material de partida. Un equipo de padre e hijo de la Universidad de Clemson ha calculado con éxito una serie de propiedades físicas básicas para esta nueva sustancia, incluyendo constantes elásticas y cantidades relacionadas. Los resultados se informan esta semana en Letras de física aplicada .
El diamante es una forma de carbono puro en el que los átomos están dispuestos en una red cristalina, con cada átomo de carbono rodeado por otros cuatro carbonos en las esquinas de un tetraedro. Los enlaces carbono-carbono del diamante se conocen como enlaces sp3. La disposición ordenada de estructuras tetraédricas que se repite a largas distancias en un cristal de diamante produce un material duro con estabilidad a altas temperaturas. El diamante es, por tanto, una piedra preciosa valiosa y un material con una variedad de usos tecnológicos.
Carbono amorfo, por otra parte, tiene fracciones variables de carbono unido sp3 en un desordenado, o amorfo, matriz. La estructura amorfa produce propiedades mecánicas muy deseables. La cantidad de enlace sp3 en el carbono amorfo no es tan alta como en el diamante puro. Una fracción de los enlaces carbono-carbono son de tipo sp2, que se encuentra en otras formas de carbono como el grafito.
El silicio amorfo y el germanio unidos a Sp3 se conocen desde hace muchos años y se utilizan ampliamente en la energía fotovoltaica. sensores y transistores de película fina, y otras aplicaciones de alta tecnología. Es de gran interés luego, para encontrar formas de hacer un diamante amorfo que retenga una alta fracción de enlaces sp3. Si bien el trabajo informado a principios de este año hizo precisamente eso, las muestras aún no están ampliamente disponibles para su análisis. Las pruebas preliminares demostraron que estos diamantes amorfos son bastante densos, ópticamente transparente y fuerte.
El equipo de padre e hijo de Arthur y John Ballato ha entrado en esta brecha de conocimiento para calcular algunas propiedades físicas aún no medidas para esta nueva forma de diamante. "Empleamos un enfoque de modelado mediante el cual se pueden utilizar las propiedades del diamante cristalino para deducir las propiedades del análogo del diamante vítreo, "dijo Ballato." En este trabajo, inferimos las propiedades elásticas de esta nueva fase del diamante a partir de las propiedades medidas del diamante cristalino ".
El procedimiento que emplearon implica un modelo informático de un cristal que se homogeneiza computacionalmente para crear una versión amorfa de la sustancia. El modelo del cristal utiliza simple, física clásica y describe los enlaces carbono-carbono como resortes. El método de homogeneización empleado se conoce como técnica de Voigt-Reuss-Hill (VRH).
Usando este enfoque, los Ballatos calcularon una serie de importantes propiedades a granel, incluido el módulo de Young, Razón de Poisson y otras constantes elásticas de la sustancia. Utilizaron el enfoque de homogeneización VRH en trabajos anteriores para estudiar el zafiro vítreo y los materiales de interés para su uso en láseres de alta potencia. El método VRH es más simple y directo que los sofisticados métodos de mecánica cuántica que también están disponibles. pero las propiedades calculadas en este trabajo pueden servir como base, tanto para más sofisticado, pero modelado caro, así como para futuras mediciones experimentales.
