Los investigadores examinan en profundidad un diamante para ver cómo los átomos en sus defectos plaquetarios están dispuestos en el material natural más duro conocido por el hombre.

Un equipo multinacional de investigadores, incluido un científico de la Universidad de Wits, He echado un vistazo profundo a un diamante para ver cómo los átomos en sus defectos plaquetarios están dispuestos en el material natural más duro conocido por el hombre.

Usando dos procesos, a saber, microscopía electrónica de transmisión y espectroscopía electrónica de pérdida de energía, los científicos probaron la disposición espacial de los átomos de carbono y nitrógeno que forman el núcleo de los defectos. También se determinó la naturaleza de los enlaces entre los átomos.

Como huecos e inclusiones, las plaquetas se conocen como "defectos" o imperfecciones en los diamantes. Donde los átomos de carbono de los diamantes están en perfecta disposición periódica, un defecto plaquetario interrumpe la disposición periódica de los átomos de carbono, resultando en un defecto que parece una pequeña línea recta dentro de la piedra preciosa cuando se obtiene una imagen con un microscopio electrónico a lo largo de una dirección específica en el cristal de diamante.

La investigación sobre la naturaleza de los defectos en un diamante se ha realizado durante muchas décadas, pero el gran avance se produjo cuando se utilizó un microscopio electrónico de transmisión con corrección de aberraciones de resolución atómica en el Centro de Microscopía de Alta Resolución de la Universidad Nelson Mandela para obtener imágenes y analizar los defectos plaquetarios. El microscopio se operó en modo de microscopía electrónica de transmisión de barrido (STEM), utilizando un detector de campo oscuro anular de alto ángulo junto con imágenes de espectro de pérdida de energía de electrones (EEL), dice el profesor Mervin Naidoo de la Escuela de Física Wits. Un artículo sobre el trabajo del equipo que incluyó a científicos de la Universidad Nelson Mandela, Universidad Estatal Libre, Universidad de Oxford en el Reino Unido y el Instituto Max Planck en Alemania, fue publicado recientemente en la revista, Materiales de la naturaleza .

Se prepararon secciones delgadas de diamante para el análisis STEM utilizando un haz de iones enfocado (FIB) para cortar secciones de 5x10 micrones con un grosor de aproximadamente 20-50 nanómetros (nm es una mil millonésima parte de un metro). Luego, las secciones se investigaron en un microscopio electrónico de resolución atómica pasando un haz de electrones enfocado con una energía bien definida a través de la sección delgada de diamante. El patrón de interferencia formado por las "ondas" de electrones después de pasar a través de una sección delgada de diamante genera una imagen de la disposición espacial de los átomos de carbono en el cristal de diamante, así como de los átomos de carbono y nitrógeno en el defecto plaquetario. Los datos de pérdida de energía de los electrones correspondientes proporcionan información sobre la composición química de las plaquetas y la naturaleza de los enlaces químicos entre los átomos.

"Al yuxtaponer estas imágenes entre sí, pudimos crear una imagen única de la plaqueta, "dice Naidoo.

Si bien en el pasado se propusieron muchos modelos teóricos de la disposición atómica de los átomos en las plaquetas, el estudio actual fue el primero que logró obtener imágenes de las posiciones atómicas exactas en las plaquetas y hacer coincidir eso con uno de los modelos teóricos propuestos anteriormente.

Los átomos de carbono de un diamante están dispuestos en una red tridimensional periódica. El defecto plaquetario interrumpe la disposición periódica de los átomos al introducir un tipo de defecto plano extendido, que contiene principalmente carbono y algunos átomos de nitrógeno. Los átomos de la plaqueta están dispuestos en zigzag ordenando los pares de defectos a lo largo de la línea del defecto.

"Los diamantes son mensajeros de las profundidades. El conocimiento de la estructura y composición de un defecto plaquetario podría decirnos cómo se forman los diamantes en la Tierra y qué procesos están involucrados en su formación, "dice Naidoo. En otras palabras, el conocimiento actual ahora permite a los investigadores formular un modelo dinámico de las posibles interacciones de defectos puntuales que eventualmente formaron esta estructura plaquetaria ".

Las plaquetas ahora también se pueden producir en diamantes sintéticos, lo que permitiría a los científicos comparar la naturaleza de las plaquetas en los diamantes naturales con sus contrapartes sintéticas.

Estos resultados también revelaron que las plaquetas no constan únicamente de átomos de nitrógeno, pero mostró que las plaquetas contienen nitrógeno y que los átomos de nitrógeno probablemente juegan un papel en la cinética de formación de las plaquetas.

"Hemos descubierto un misterio. Hemos respondido mediante técnicas de imágenes de electrones de resolución atómica a la cuestión de la disposición atómica de los átomos en los defectos plaquetarios del diamante. Este estudio abre ahora otras interesantes vías de investigación, ", dice Naidoo." Este no es el final de la historia ".