Esta protuberancia en la superficie plana de un diamante gema (arriba) es un diamante nanocristalino, la mitad del ancho de un cabello humano promedio. Un aumento mayor (abajo) muestra la estructura granular del diamante nanocristalino. Crédito:UAB
Usando un diamante nanocristalino construido por deposición de vapor de plasma, Yogesh Vohra, Doctor., ya ha producido una presión casi dos veces mayor que la que se encuentra en el centro de la Tierra.
Ahora él informa, en un estudio publicado en Informes científicos , que el proceso de fabricación de estas novedosas, Los micro yunques de diamante nanocristalino han demostrado ser "notablemente consistentes" y demuestran "un alto nivel de reproducibilidad en la fabricación".
Estos resultados son alentadores para continuar la investigación para estudiar materiales en condiciones extremas de presión y temperatura. dice Vohra, profesor y becario universitario de física en la Facultad de Artes y Ciencias de la UAB en la Universidad de Alabama en Birmingham.
El diamante nanocristalino parece una pequeña protuberancia de material que crece sobre la superficie plana del culet de un diamante gema de un tercio de quilate. Para construir el nubbin, el diamante gema está recubierto con una película delgada de tungsteno que tiene un círculo de 15 a 20 micrómetros grabado en el centro. El diamante nanocristalino comienza a crecer como pequeños granos de diamante en ese círculo en la parte superior de la superficie del diamante gema. Los granos se forman a través de la deposición de vapor del plasma producido al calentar metano, gases de hidrógeno y nitrógeno.
El plasma es un calor sustancia gaseosa ionizada que es el cuarto estado de la materia después de los líquidos, sólidos y gases. Los granos de diamante nanocristalino suelen tener un tamaño de entre 5 y 100 nanómetros.
Vohra y sus colegas de la UAB observaron las morfologías de nucleación en etapa temprana de los nanocristales en uno, tres y 15 minutos después del inicio de la síntesis. Descubrieron que la nucleación de diamantes nanocristalinos comienza rápidamente, y sin necesidad de sembrar la superficie antes del crecimiento con pequeñas motas de diamante. A diferencia de, tal siembra es necesaria para el crecimiento de diamantes en algunas otras superficies.
Un diamante de gema de cristal único se asienta en el microscopio bajo luz láser. Crédito:UAB
Después de solo un minuto de crecimiento, Las imágenes de microscopio electrónico mostraron sitios de nucleación sustanciales en la superficie del yunque de diamante de gema monocristalina. A los tres minutos, solo pequeñas áreas de la superficie de la gema carecían de cobertura de diamante nanocristalino, y a los 15 minutos, hubo una cobertura completa y uniforme de granos nanocristalinos que comienzan a agruparse en toda la región de crecimiento.
El crecimiento se ralentizó entre tres y seis horas, y el diamante nanocristalino tendía a fusionarse en una estructura semiesférica. Vohra dice que esta geometría se ha observado de manera constante en cada experimento de crecimiento de dos etapas que han realizado los investigadores de la UAB. Además, parece haber un límite geométrico para las dimensiones totales del crecimiento.
La protuberancia nanocristalina mejora en gran medida las presiones alcanzables con micro-yunques de diamante. Diamantes de gema monocristal con un tamaño de culet de 300 micrones, sin la protuberancia nanocristalina, puede generar sólo 75 gigapascales de presión. Cuando se agrega el diamante nanocristalino, los micro-yunques pueden generar hasta 500 gigapascales de presión. Los investigadores de la UAB esperan alcanzar una presión de 1, 000 gigapascales, o uno terapascal, de presión con sus micro-yunques de diamantes nanocristalinos. Eso está cerca de la presión en el centro del planeta Saturno.
Esta inmensa presión puede potencialmente crear nuevos materiales aún desconocidos y también se utiliza para estudiar los cambios de fase y el comportamiento de compresión de los materiales. En el mundo natural fuerzas tan inmensas en las profundidades subterráneas pueden convertir el carbono en diamantes, o ceniza volcánica en pizarra.
El equipo de la UAB también examinó micro-yunques de diamantes nanocristalinos que mostraron desprendimiento durante la compresión y descompresión en un dispositivo de celda de yunque de diamante. Usando microscopía de fuerza electrónica, microscopía electrónica de barrido y espectroscopía Raman, Los investigadores encontraron que la falla de desprendimiento ocurrió en la mayor parte del yunque de diamante de gema monocristalina debajo de la superficie del culet. no en la interfaz entre el diamante gema y la protuberancia del diamante nanocristalino.
Esto indicó que la fuerza adhesiva interfacial entre el diamante gema y la protuberancia del diamante nanocristalino parece ser sustancial. y que la interfaz puede resistir esfuerzos cortantes ultra altos.
Vohra dice que los investigadores de la UAB continuarán los estudios para manipular el tamaño de grano y la fuerza adhesiva en la interfaz para optimizar los micro yunques de diamantes nanocristalinos para la investigación de alta presión.
